山区水库氮污染行为与控制技术研究——以田庄水库为例

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田庄水库位于鲁中南山区鲁山山脉之间,是典型的山区水库,也是淄博沂源县潜在的大型饮用水源地,但由于受氮肥生产与氮肥使用的长期影响,水库氮素严重超标,大大影响了水体的使用功能。随着工农业生产的迅速发展及人口的快速增长,沂源县水资源的供需矛盾日益突出。因此,迫切需要开展田庄水库氮污染行为与拉制技术研究,从而为水污染的预防与治理提供科学的依据。 本文在区域自然环境概况调查基础上,通过河流水质、水量调查,淋滤试验、粉煤灰氮素含量测定,沉积物氮素释放试验、沉积物孔隙水分析等方法确定了田庄水库各主要污染源的氮素负荷;另外,通过沸石覆盖、砂覆盖及无覆盖情况下的对比试验,测定覆盖层-水界面氨氮浓度、上覆水混合浓度、孔隙水氨氮浓度,结合界面释放通量、覆盖层理论穿透时间计算等手段综合评价沸石覆盖对抑制沉积物氨氮释放的有效性;最后,通过建立平面二维模型,就多污染源影响下不同水文年水库氮素分布及沉积物局部覆盖、粉煤灰堆移除、面源控制等对改善水库水质的效果进行了预测。取得了一些新的认识和结论: (1)田庄水库是一个常对流水库,硝氮与氨氮浓度高;受氨氮超标影响,田庄水库属于劣V类水体。 (2)沉积物是上覆水氨氮的重要来源,释放通量在80-175rMg/(M2·d)之间;沉积物表层发生的反硝化作用是水库硝氮重要的去除途径,扩散通量约40mg/(m2·d)。 (3)农业面源负荷(604.8t/a.)占田庄水库硝氮总负荷的96.9%,是最大的硝氮来源;内源负荷(128.8t/a)占氨氮总负荷的76.0%,是氨氮的最大来源。 (4)各水文年水库氮素模拟结果表明,氨氮只有在丰水年丰水期能够达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准要求,枯水年枯水期超标最严重,超标倍数为1.00-1.67倍;同一水文年枯水期的氨氮浓度比丰水期高1.30-1.50mg/L,;田庄水库中硝氮浓度在5.00-8.00mg/L之间,不同水文年的同期浓度相差不大。 (5)库岸粉煤灰的堆放对其周边水域硝氮浓度影响较大,粉煤灰移除前后,浓度相差0.20-0.50mg/L,粉煤灰应从水库岸边清除;治理面源污染是降低水库硝氮浓度的关键,面源负荷减少30%后,硝氮的模拟浓度比控制前降低了20%左右。 (6)同一种覆盖材料的穿透时间与覆盖层厚度平方成正比,沸石覆盖层的穿透时间明显长于砂覆盖层;同一种覆盖材料的稳态释放通量与覆盖层厚度成反比;15cm厚沸石+15cm厚砂构成的复合覆盖层对沉积物中氨氮释放的抑制效果将优于50cm砂覆盖层。 (7)取水口区沉积物沸石覆盖对改善出水水质的效果显著,各水文年丰水期氨氮浓度都满足Ⅲ类标准;沉积物氨氮释放量需要减少80%,水库中氨氮才能全面达标。
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