镇江市古运河重污染河道沉积物氨氮的吸附-解析规律研究

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河道污染问题在我国许多城市相当普遍,黑臭的河水不仅使城市风光黯然,而且直接威胁到城市居民的身心健康,制约城市的可持续发展。河道沉积物(内源性污染)一方面作为接收器(“汇”)收集来自上覆水体中沉降、颗粒物运输等多种途径带来的污染物,另一方面,在特定的环境条件下,沉积物作为污染源(“源”)可将污染物再次释放到上覆水体中,从而引起河道的二次污染。因此,河道污染程度除受外界污染物输入影响外,往往与沉积物自身污染物重新释放亦有密切的联系,因此研究沉积物中污染物的吸附-解析规律具有重要意义。基于此,本文选择古运河镇江市老城区重污染河道段作为研究区域,分别采集电力路桥(D1)和南水桥(N2)的沉积物柱状样,以沉积物氨氮为主要目标,系统研究古运河沉积物氨氮的吸附-解析规律及不同环境因子(温度、pH值、溶解氧、微生物)对沉积物氨氮吸附-解析的影响效应,研究结果有望为古运河镇江段的生态治理提供科学依据和技术参考。论文的主要研究结果如下:   (1)沉积物理化性质变化特征为:①D1与N2沉积物的pH值介于7.4-8.8之间,总体上呈现中性-弱碱性环境;②D1与N2沉积物的Eh值总体上处于还原环境中;③沉积物有机质含量则表现为D1随着深度的增加而减小,N2沿深度的增加无明显规律;④D1与N2TN值均随深度的增加而减少,NH3-N值则随深度的增加而增加;⑤D1与N2的NO3-N值变化幅度较大,无明显规律,显示出N03-N的相对不稳定性;⑥沉积物TP含量表现为D1随着深度的增加而减小,N2沿深度的增加无明显规律。   (2)沉积物吸附动力学研究结果表明:D1与N2均存在氨氮吸附与解析的转化,且吸附-解析平衡点出现在以上采样点上覆水的氨氮平均浓度附近,即解析在上覆水标准液浓度低于平衡点浓度时发生,而吸附则在上覆水标准液浓度高于平衡点浓度时发生;吸附平衡时间为2h,平衡吸附量平均值分别为:D1106mg/Kg、N2148mg/Kg。外界环境因子(温度、pH值、溶解氧、微生物)均对吸附过程产生显著影响,具体表现为:①随着温度的升高,D1与N2沉积物的吸附能力减弱;②沉积物吸附能力与吸附速率随pH值增大而增加。③好氧条件下,D1与N2平衡吸附时间均延长,而厌氧条件下平衡吸附时间则缩短;④灭菌条件下更有利于沉积物的吸附。   (3)沉积物吸附热力学研究结果表明:Freundlich模型和Linear模型可较好的拟合D1与N2沉积物氨氮的吸附等温过程。外界环境因子(温度、pH值、溶解氧、微生物)对沉积物吸附热力学有显著影响,具体表现为:①D1与N2采样点表面沉积物吸附是一个放热过程;②D1与N2吸附量随pH值的升高而增加;③好氧与厌氧条件下与灭菌与未灭菌条件下,Freundlich模型和Linear模型均能较好的拟合D1与N2沉积物氨氮的吸附等温过程。   (4)沉积物解析动力学研究结果表明:D1与N2沉积物氨氮可在极短时间内释放达到平衡,且沉积物深度的增加,整体平衡解析量显著增加,表明随沉积物深度的增加氨氮释放能力增加。外界环境因子(温度、pH值、溶解氧、微生物)对沉积物解析动力学有显著影响:①随温度升高,沉积物氨氮解析量显著增加。②氨氮解析量与解析速率随pH值的增加而增加,D1平衡解析量随着深度的增加呈现先增加后减小的趋势,N2平衡解析量随着深度的增加而增加。③好氧条件不利于沉积物氨氮解析,厌氧条件则促进氨氮向上覆水释放,N2解析量在垂直方向上表现为厌氧>好氧,而D1中层以上为厌氧>好氧,中层以下为好氧>厌氧。④灭菌条件下沉积物氨氮解析能力较强,在灭菌与未灭菌两种条件下解析量均表现为N2>D1。
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