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本论文将以再生水为水源的天津市泰达经济开发区人工生态景观河道作为研究对象。自河道投入使用伊始,即对河道水质和沉积物的多项物理、化学性质进行了长期(9个月)的监测,研究了水体水质变化趋势。并选取磷为指标物质,着重研究泰达河道沉积物的磷吸附/解吸特性。使用SMT(StandardMeasurementandTest)法对沉积物中磷的赋存形态进行分析,并考察沉积物中各形态磷含量随季节的变化。在此基础上,本论文结合泰达地区固体废弃物尝试研制新型磷钝化剂,为可能出现的富营养化问题提供一种合理的治理手段。最后,本论文通过对不同沉积物粘土结构的分析,解释了其对磷吸附/解吸特性的影响。
研究结果表明:河道的进水具有高营养盐含量,高盐度的特点。源水总磷(TP)平均值为2.68mg/L,以磷酸盐为主,约占总磷量的67%;污水处理厂的RO浓水的排放使得源水的盐度很高,出水盐度大于8‰,而且不同时间段盐度差别很大。在泰达河道水体中,已经建立起以沉水植物川蔓藻和浮游生物为主的水生生态系统。河道生态系统对磷的去除作用明显,TP含量随着河道的延伸急剧下降,各点总磷含量均值由一号点的2.68mg/L下降到4号点的0.76mg/L。水体中的溶氧一直保持在过饱和状态。
沉积物中的TP含量大幅上升,TP含量最高达到了0.783mg/g,已接近沉积物的理论最大吸附容量0.945mg/g,而且仍有继续上升的趋势。从磷的形态分析来看,沉积物中有机磷(OP)含量较少,无机磷(IP)为沉积物中磷的主要形态,占TP含量的80%左右。IP中又以钙结合态磷(AP)为主,还有少量的铁铝结合态磷(NAIP)。在2004.6~2004.11间IP的增长是AP与NAIP共同增长的结果,而在冰封期,IP的增长主要源自AP的贡献。
pH和盐度是影响磷吸附/解吸的最主要的两个影响因子。沉积物对磷的吸附量随着pH值的升高而下降。与之相对应,沉积物中磷的解吸量随pH的升高而上升。盐度对磷的吸附也具有抑制作用,在盐度为10‰时,最不利于磷的吸附。当盐度低于10‰时,随着水体盐度的增加,磷吸附量下降,同时解吸量上升。磷动态释放实验显示,沉积物中的磷易释放出来,连续通水120小时后,出水总溶解态磷(TDP)浓度仍然保持在0.054mg/L以上。磷连续解吸实验显示,泰达河道沉积物对磷的束缚力很弱,磷极易解吸,而且释放量大,经过12次连续解吸,总解吸量累计达到0.054mg/g。明矾可以有效抑制磷的释放,可以将出水的TDP始终保持在0.010mg/L以下,而泰达电厂飞灰与明矾混合施用,可以将明矾的投加量降低一倍,出水TDP始终保持在0.011mg/L以下。
泰达河道沉积物砂粒含量占56.2%,属砂质壤土,因此砂粒的性质决定了泰达沉积物的基本吸附特性。而矿物质吸附实验证明SiO2几乎不吸附磷,因此沉积物中SiO2的高含量是造成其对磷吸附力越的主要原因。泰达河道沉积物所含的主要粘土矿物是钠长石,这是一类高岭石族矿物,实验表明,此类物质磷吸附容量低,且容易解吸。从粘土结构上不利于磷的吸附。