pH值在底泥曝气处理重污染河道中的影响

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:changewu1
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:以苏州某校园重污染河道为研究对象,采用对河道底泥曝气的技术手段,研究了曝气前pH值分别为5,7,9,11时,水体中藻类、氨氮和磷酸盐的去除效果。结果表明:(1)pH=7~9有利于水中藻类的生长,藻类在弱碱性条件下易大量繁殖;(2)pH=9时,氨氮(NH4+-N)的去除效果最好; pH=11,溶解性磷在水中产生明显的释放,并伴有大量沉淀的产生。控制水中的pH值范围,结合底泥曝气的处理,对于减少氮、磷的释放是非常有效的。水中氮、磷的减少,能有效抑制河道中藻类的生长,缓解富营养化對水质的恶劣影响。
  关键词:pH值,底泥曝气,重污染河道,藻类,氮磷
  中图分类号: TV143+.3文献标识码: A
  Effect of the pH Value on
  Remediation of the Heavily Polluted Water Body by Aeration on Sediments
  Guo LinLi Da-Peng
  Abstract: The research object comes from the heavily polluted river in a Suzhou campus. The removal of nitrogen and phosphorus and the inhibition on algae growth were investigated by aeration on sediments when pH is 5, 7, 9 and11, respectively. The results showed that: (1) pH = 7 ~ 9 is conducive to the growth of algae in water, the algae blooms in the weak alkali conditions.(2) pH = 9, the removal effect of NH4+-N is best; pH = 11, the release of soluble phosphorus in water, accompanied by a large amount of precipitation. If the water pH range is controlled, combined with aeration on sediment process, the release of nitrogen and phosphorus is very effective. The decrease of nitrogen and phosphorus in water can effectively inhibit the growth of algae in channel, mitigation eutrophication of water.
  Key Words: pH; aeration on the sediments; algae; NH4+-N; phosphorus
  引言
  底泥中氮、磷的过量累积是造成水体富营养化的重要元凶。富营养化引起水中藻类大量繁殖,严重破坏了河道的景观功能和生态平衡,目前已成为诸多城市河道急需解决的问题之一。水体的pH值与藻类的生长关系密切。各种藻类的生长都有其适宜的pH值范围,pH值的改变会影响藻类的生长繁殖速度,影响种群的演替。pH还会影响到氨在水中存在的比例和浓度,进而影响到氨在水中的毒性。研究发现,水体(底泥)的pH值往往对底泥污染物的释放影响很大,通常pH值较低,底泥污染物的释放量就较大。因此,本试验将探讨pH值对水中藻类及营养盐释放的影响。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料
  研究对象为苏州某校园内的一段重污染河道。该河道上下游均设有闸门,闸门常年处于关闭状态,因此河流几乎呈静止状态。此外,该河道普遍受到点源污染和面源污染。点源污染主要来自于食堂、澡堂污水排放;面源污染主要来自于地面径流,垃圾、大气沉降物形成污染物被暴雨径流冲刷进入河道,对河水造成的严重污染。内源污染也是河道污染的一个重要原因:河水滞留,河道淤积,含有大量的有机物、氮、磷、重金属等污染物质的底泥沉积造成了内源污染。
  利用活塞式柱状底泥采样器采集位于的底泥样品,同步采取上覆水。对底泥进行分析,底泥的本底值包括含水率、pH 值及有机质。
  表1 底泥及上覆水的主要性质
  Tab 1 Basic properties of sediment and overlying water
  
  
  1.2试验方法
  试验装置为5L的圆柱形广口瓶(d=17cm,h=25cm),共四个反应器,分别编号为X1,X2,X3,X4。每个反应器加入5cm湿底泥(约200g),并小心加入3L底泥采样处上方的水,避免底泥悬浮。在广口瓶底部设置一个微孔曝气头,位于底部圆心位置。每个装置利用电磁式空气压缩机通过微孔曝气头进行底泥曝气,曝气参数为:20L/min,30min/d,共进行15d。每次曝气开始前,将pH控制水平分别为5,7(对照 ,不外加酸碱调节),9,11。pH值通过加入5%稀HCL或10%稀NaOH进行调节。
  2 试验结果分析
  2.1 上覆水DO、pH值的变化规律
  初始pH不同,经过底泥曝气处理后,也会对上覆水中的溶解氧产生明显的影响。如图1所示,pH=5至pH=11的范围内,随着pH的增大,溶解氧的平均浓度逐渐减小。特别是当pH=11时,溶解氧降至0.5mg/L以下,通过观察pH=11反应器中的变化,会发现上覆水中有大量沉淀产生,极有可能是因为这些沉淀的消耗了水中的O2,降低了水中DO的含量。
  
  图1-1 上覆水中DO含量的变化
  Fig.1-1 The variation of DO in overlying water
  如图1-2经过底泥曝气处理后,调节后的pH值也发生了较大的变化。从图中发现,当初始pH=5时,曝气后pH值会增大,趋向中性;碱性条件下,即pH=9,11时,曝气结束后pH值会减小,也向中性范围靠近;pH=7(没有进行酸碱调节),既是四个反应器的对照,也是自身变化规律的对照,从自身来看,它pH都保持在弱碱性范围内呈现微小的变化,基本稳定。从所有的反应装置看出,不管初始条件为酸性还是碱性pH都有向弱碱性变化的趋势。
  
  图1-2 上覆水中pH值的变化规律
  Fig.1-2 The variation of pH in overlying water
  pH产生变化的主要原因是底泥胶体表面存在着可变电荷,可变电荷是指随着pH值而改变的电荷。可变电荷的产生是由于在底泥胶体颗粒的表面发生了基团解离或质子化(结合H+)。底泥胶体的等电点(ZPC)是指底泥胶体带有正、负电荷的代数和为零。当水体的pH值低于ZPC时,由于-OH基的解离或基团质子化,胶体带正电荷;当水体的pH值高于ZPC时,由于H+的解离,胶体会带负电荷。因此,底泥胶体对pH值的变化具有很强的缓冲能力,当pH值较低时由于可变电荷的缓冲作用,使上覆水pH值升高(相对于原来的pH);当pH值较高时,使上覆水pH值降低(相对于原来的pH)。
  2.2 上覆水中藻类的变化规律
  如图2所示,上覆水中的叶绿素a含量随着初始pH值的不同有着较明显的差异。初始pH =7和pH=9时,反应器中叶绿素a的波动很大,前期变化规律类似:先下降后上升,最终 pH=7的叶绿素含量要高于pH=9的含量。初始pH=5叶绿素变化趋势为下降-上升-平稳,平均浓度为20μg/L;pH=11叶绿素变化较平稳,在第8d,第14d浓度达到最大,为13.96μg/L,13.25μg/L,平均浓度为6.87μg/L。
  
  图2 上覆水中叶绿素a的变化情况
  Fig.2 The variation of Chl-a in overlying water
  藻类的生长对pH值的变化非常敏感,因此过酸或者过碱条件下,叶绿素a的含量都很少。特别是在pH=11的条件下要比pH=5更不利于藻类的生长。从图2中可以看出,藻类的适宜pH值应该是在7~9之间。除此之外,碱性条件叶绿素含量低是因为,前期高浓度OH-促进了水体吸收空气中的CO2,加速了藻类的光合作用,同时高OH-抑制了NH4+的含量,因此导致NH4+很快就转化为NH3逸出,导致水中氮的缺乏(图3),因此叶绿素含量也随之降低。
  2.3上覆水中的氨氮变化规律
   如图3所示为不同初始pH下,对底泥曝气后水中氨氮的变化情况。在整个试验过程中,初始pH值分别为5,7,9时,NH4+-N释放量随着pH的增加而减小;初始pH=11时,前3天氨氮减少,第4d时又增加,随后又呈现减少的趋势。从第16d时,达到平衡状态。其他条件pH的变化趋势类似,但是从最终水中NH4+-N的含量来看,pH=9时,NH4+-N含量最低,依次增加的是pH =11,pH =7,pH=5。从最终上覆水中NH4+-N含量我们可以推测,碱性条件下,对NH4+-N的去除效果较好,其次是中性,酸性条件会促进NH4+-N释放。
  
  
  
  图3 NH4+-N含量的变化
  Fig.3-20 The variation of NH4+-N in overlying water
  水中H+浓度越大,pH值就越低,H+与NH4+产生竞争吸附作用,从而将底泥吸附的NH4+释放出来,并且随着H+浓度升高,NH4+释放量增大。由于在底泥释氮的过程中氮主要以NH4+-N的形式释放。水溶液中OH-浓度大,则pH高,底泥胶体释放出来的NH4+与OH-发生以下化学反应:
  
  结果NH4+以氨气的形式从水溶液中逸出,pH值越大,NH4+以氨气的形式逸出量越大,水溶液中NH4+-N的浓度就越小。因此,上覆水的pH值在5~9的范围内,NH4+-N的释放强度随pH的升高而减少。
  2.4溶解性磷酸盐在上覆水中的变化情况
  由图4-1可知,pH=11时,水中溶解性磷酸盐(DIP)的含量与其他三种条件相比,含量相差非常明显。在pH=11的条件下,磷在水中产生明显的释放过程,平均浓度达到0.46mg/L;而pH=5,7,9磷酸盐在对底泥曝气处理后,释放规律相近,含量都稳定在0.05mg/L以下。因此,要控制磷的释放,要使pH<9。
  
  
  
  图4-1 水中磷酸盐的变化情况
  Fig.4-1 The variation of DIP in overlying water
  
  
  
  图4-2 磷的形态分布
  Pic.4-2 The formation distribution of phosphorus
  如图4-2所示为磷酸离解常数和氢离子浓度的形态分布图。磷酸是三元酸,水体中存在着H2PO4-、HPO42-、PO43-等三种磷的化学形态。由图4-2可知:pH7.2磷酸盐主要以H2PO4-的形态存在,7.2pH12磷酸盐主要以HPO42的形态存在,pH12,磷酸盐主要以PO43-的形态存在。在pH =7.2,磷酸盐主要以H2PO4-、HPO42-的形态存在,而以H2PO4-、HPO42-形态存在的磷最易被底泥中的镁盐、硅酸盐、铝硅酸盐以及氢氧化铁胶体吸附。因此,pH对底泥释磷的影响机制之一是通过影响磷酸化合态来影响底泥对磷的吸附和解吸,并进而影响底泥磷的释放。
  pH对底泥磷释放的影响与沉积物中磷盐种类有关。其影响过程有两种:一种是底泥对磷酸盐的吸附,另一种是离子交换作用。
  该重污染河道底泥中富含磷酸铁(Fe-P)、磷酸钙类(Ca-P)和磷酸铝(Al-P)类。在碱性条件下,由于OH-会取代Fe-P、Al-P的PO43-离子,促使Fe、Al对磷的固定性减弱,使磷酸盐的解析过程增强,增加了磷向上覆水释放的速率。所以pH升高时底泥释放增加。在pH近中性范围内,磷酸盐主要以H2PO4-和HPO42-的形態存在,最易与底泥中的金属元素结合而被底泥吸附,此时磷释放较小。在酸性范围、一般的泥层中,磷与铁铝,生成不溶性的磷酸盐,并且其固定率在pH为4时,甚至约能达到90%以上。
  总之,水体中pH会显著影响磷的赋存形态,对水中磷含量产生影响,进而影响底泥磷的释放过程。
  3 小结
  ① 通过对pH的调节与控制,结合水中溶解氧的变化发现,pH=7~9有利于水中藻类的生长,藻类在弱碱性条件下易大量繁殖;
  ② 初始pH=9时, NH4+-N的去除效果最好,依次增加的是pH =11,pH =7,pH=5。试验说明在酸性条件下,易于NH4+-N释放;初始pH=11时,溶解性磷在水中产生明显的释放,并伴有大量沉淀的产生;pH值分别为5,7,9时,溶解性磷的在上覆水中的释放规律相近,含量稳定,持续稳定在0.05mg/L以下。
  ③ 控制水中的pH值范围,结合底泥曝气的处理,对于减少氮、磷的释放是非常有效的。水中氮、磷的减少,能有效抑制河道中藻类的生长,缓解富营养化对水质的污染。
  
  参考文献
  [1] 许宽,刘波,王国祥等.曝气和pH对城市污染河道底泥氮形态的影响[J].环境工程学报,2012,6(10):3553-3558.
  Xu Kuan,Liu Bo,Wang Guoxiang.Influence of aeration and pH on nitrogen in urban heavily polluted river sediment[J].Chinese Journey of Environmental Engineering, 2012,6(10):3553-3558.
  [2] 徐续,操家顺.河道曝气技术在苏州地区河流污染治理中的应用[J].水资源保护,2006.1,22(1):30-33
  XU Xu,CAO Jia-shun.Application of river aeration technology in river pollution of Suzhou area[J].Water Resources Protection, 2006.1,22(1):30-33
  [3] 付春平,钟成华,邓春光等.pH与三峡库区底泥氮磷释放关系的试验[J].重庆大学学报(自然科学版),2004,27(10):125-127
  FU CP,ZHONG CH, DENG CG.etc.Relationship Between pH Value of the Water and Release Silt Bottom of Nitrogen & Phosphate in the Three Gorges[J].Journal of CHONGQING University. ,2004,27(10):125-127
  [4] 梁淑轩,贾艳乐,闫信等.pH值对白洋淀沉积物氮磷释放的影响[J].安徽农业科学,2010,38(36):20859-20862.
  LI A NG Shu-xuan et al .Effect of the pH Value on the Nitrogen and Phosphorus Release from the Sediment Baiyangdian[J]. Journal of Anhui Agri Sci. 2010, 38(36):20859-20862.
  [5] 李大鹏,黄勇,李伟光等.底泥再悬浮状态下生物有效磷形成机制研究[J].环境科学,2008,29(7):1824-1830
  Li D P, Huang Y, Li W G. Formation Mechanism of Bioavailable Phosphorus in Sediments Under the Conditions of Sediment Re-suspension[J]. Environmental Science. 2008,29(7):1824-1830
  [6] Istvanovics V. Seasonal variation of Phosphorous release from the sediments of shallow lake[J].Water Research,1988,22(12):1473-1481.
其他文献
摘要:房产测绘技术是国家房地产行业建设与发展的重要技术保障,也是科学确定房产产权的必要手段。因此对于房地产行业来说,测绘技术有着非常重要的地位。文章首先简要介绍了房产测绘的内容与意义,然后分析了房产测绘中的数字测绘技术,最后提出了控制房产测绘质量的措施。  关键词:房产测绘;质量;经济;市场;标准  中图分类号:F293.33 文献标识码: A  在经济发展速度以及物质水平不断提升的背景下,我国的
期刊
摘要:本文通过调研天津民园西里创意产业锚地,对其概况描述,同类创业产业区比较,根据资料收集整理和走访调研分析提出保护风貌建筑,强调市民参与,探索发展方向三个问题并进行探讨,以求解决民园西里在城市改建中保留可认知性。  关键词:保护 参与 可认知 文化底蕴  中图分类号:TU98 文献标识码: A  一、概况  天津民园西里创意产业锚地位于常德道上,在常德道与桂林路交口。占地1.5万平方米,区域覆盖
期刊
摘要:建筑工程造价一般是指进行某项工程建设所花费的全部费用,即从开始筹建到竣工验收交付使用的费用总和。建筑工程造价控制的好坏,直接影响到工程对社会经济、环境效益目标的实现。相对于国外来说我国的工程造价管理起步稍晚,还有很多的不足之处需要解决,毫无疑问这限制着我国建筑业发展的进程。本文现分析了当前我国工程造价中存在的问题,并探讨了相应的对策。  关键词:房屋建筑;工程造价;问题;对策   中图分类号
期刊
摘要:电缆终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件;电缆中间头是将两根电缆连接起来的部件;电缆终端头与中间头统称为电缆附件。电缆附件应与电缆本体一样能长期安全运行,并具有与电缆相同的使用寿命。   关键词:高压电缆接头 分析 应用  中图分类号: TM248 文献标识码: A   一 高压电缆接头性能  1.线芯联接好  主要是联接电阻小而且联接稳定,能经受起故障电流的冲击;长期运行后其接触电阻不应
期刊
摘要:伴随着经济发展的需要,高速公路建设也成为了影响经济发展的重要因素之一,它不仅可以满足人们的日常生活需求,还可以提高经济的发展,高速公路的质量显得尤为重要。因此,对高速公路施工管理进行优化分析是非常必要的。  关键词:高速公路;施工管理;问题;优化措施  中图分类号: U416 文献标识码: A   一、高速公路施工管理存在的问题  1、我国当下高速公路建设施工的法律、法规还不够健全虽然我国已
期刊
摘要:地铁在日常的运营组织过程中,客流的增减、列车的晚点、运营秩序的紊乱、突发事件及设备故障等的影响,都要求行车调度在日常的运营组织工作中根据情况的变化,及时合理地采取调整措施,使列车尽可能按运行图行车。应急情况下的行车调度指挥工作,是对全局性的行车组织进行安全、科学、灵活的调整,最大限度地发挥地铁设备、设施的潜能,维持一定限度内的地铁降级运输能力,把突发事件对运营的影响降到最低。本文正是对地铁在
期刊
摘要:厂房结构抗震设计首先要有符合概念设计要求的抗震概念设计思路,然后进行不可或缺的抗震计算。其中概念设计是抗震计算的前提和基础,在厂房结构抗震设计起着更为重要的作用。本文主要对工业厂房抗震概念设计进行了分析探讨。  关键词:工业厂房;抗震;不确定因素;概念设计  中图分类号: S611文献标识码: A  引言  人们越来越重视建筑物的抗震可靠度概念设计,较好的运用抗震概念和原则是结构抗震设计的必
期刊
【摘要】随着信息技术的快速发展,网络越来越普及,随之产生的网络犯罪也是越来越多,青少年法制意识的谈薄和守法行为习惯的严重缺乏,使其犯罪心理更容易形成。犯罪人的年龄均在18—30岁之间,初中阶段信息技术课程中的法制教育显得尤为重要。    【关键词】信息技术;法制教育    中图分类号:G451 文献标识码:A     信息技术是实用性很强的一门学科,注重计算机操作方法的教学与训练,而忽视了它的法制
期刊
摘要:对工程造价进行全过程跟踪审计对一个工程至关重要,其不仅可以对工程各个环节与各个阶段的造价进行动态监督与管理,使工程造价更具真实性,还可以对工程的每一笔支出进行全面分析,使工程造价更具有效性。但是就目前的情况而言,我国的审计部门对工程造价的审计还停留在传统水平,仅仅是对施工前的工程造价进行预算和竣工后对工程造价进行结算,较少对工程造价进行全过程跟踪审计,使得工程造价存在诸多问题与漏洞。  关键
期刊
摘 要:伴随着我国经济的发展与人们生活水平的提高,人们对于城市园林道路景观带的要求也越来越高,本研究充分的分析了我国城市目前在园林道路景观带设计规划方面存在的不足,同时,借鉴了发达城市经济开发区的园林道路景观带的设计方法,希望本研究能够为我国城市园林道路设计规划提供一定的借鉴意义。  关键词:城市园林;道路景观带;规划设计  中图分类号: K928 文献标识码: A   我国城市化发展进程正在逐渐
期刊