富氧曝气对黑臭河道氮磷及硫、铁迁移转化过程的影响研究

发布时间：2020-08-22 14:05

【摘要】：黑臭河道整治是当前我国许多城市水污染防治工程中亟待解决的突出问题。为缓解日益严重的城市河道水污染现状,各城市结合自身情况特点,开展了城市黑臭河道治理工程。人工曝气作为黑臭河道治理的重要技术,其主要通过影响泥-水界面的氧含量和氧分布来控制河道内源污染物的迁移转化过程。然而目前对曝气治理黑臭河道的研究主要集中在氮磷营养盐的去除上,对“致黑”、“致臭”的关键指标硫、铁的研究相对甚少且主要针对其机理分析。基于对常规曝气技术存在的不足和高溶解氧曝气模式的优势分析,提出控制在富氧水平(7~8 mg·L~(-1))下,以城市黑臭河道上覆水和底泥为材料构建室内模拟试验系统,探讨了在不同富氧曝气扰动模式下黑臭河道内源氮磷及硫、铁的迁移转化过程,同时分析了内源氮磷营养盐与硫、铁之间的相互作用关系,并通过主成分分析法研究影响黑臭河道水质的关键因素,为城市黑臭河道治理提供一些新视角。主要研究结果如下:1)富氧曝气扰动有利于上覆水氮磷的去除。曝气组上覆水NH_4~+-N的削减率均在80%以上,TN削减率均为60%左右;曝气停止后泥曝气对间隙水和底泥中NH_4~+-N削减率分别为52.6%、75.7%高于水曝气的37.6%、52.1%,泥曝气对底泥TN的去除率为59.9%明显高于水曝气的34.0%;上覆水TP削减率泥曝气组为56.3%、水曝气组为85.0%,间隙水TP削减率泥曝气组为74.1%、水曝气组为78.1%。水曝气对上覆水氮磷的去除效果较底泥曝气更好,但对于泥-水界面氮的去除泥曝气优势更大。2)不同曝气方式对泥-水界面NH_4~+-N、TN扩散方向均为间隙水向上覆水扩散,曝气后扩散通量都表现为逐渐下降过程,泥曝气组对底泥内源氮释放的抑制效果要明显好于水曝气和对照组;曝气下泥-水界面TP扩散方向始终为间隙水向上覆水转移,相比之下泥曝气组对底泥磷的释放抑制效果更好。3)曝气充氧有助于上覆水中还原态硫向氧化态硫转变。底泥AVS削减率泥曝气和水曝气组分别为74.2%、59.5%。由不同曝气扰动模式下硫与氮动态相关性分析可知:曝气充氧试验中硫驱动的反硝化作用很小,还原态硫主要是在曝气后被逐步氧化为SO_4~(2-)。4)曝气充氧促进上覆水中还原态铁向氧化态铁转变,对底泥Fe~(2+)浓度的削减率水曝气组为12.1%要小于泥曝气组的26.6%。由不同曝气扰动模式下铁与氮、磷动态相关性分析可知:初步推测黑臭河道曝气充氧后Fe~(2+)氧化为Fe~(3+)过程中不会或很少出现耦合NO_3~--N被还原为NH_4~+-N;水体中铁循环和磷含量之间关系密切,磷的吸附和溶解与铁存在相关性。5)通过对不同曝气工况下水质影响因素的主成分分析:第1主成分中NH_4~+-N_s、TN_s、AVS、SO_(4o)~(2-)、TN_p、NH_4~+-N_p、Fe_s~(3+)这些指标荷载较高,第2主成分主要反映TP_o、NO_3~--N_o、TP_p、Fe_s~(2+),第3主成分主要反映Fe_o~(2+)、S_o~(2-)、Fe_o~(3+)、COD_o、TN_o、NH_4~+-N_o,可知黑臭河道水质主要受底泥氮、硫及铁污染物的影响;曝气前期水曝气对污染物的去除效果要好于泥曝气方式,随着曝气的继续进行,泥曝气的效果要好于水曝气,其对污染物的削减程度更大。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X522
【图文】：

地理位置,现状,采样点

2 试验材料与方法2.1 研究对象本实验研究对象（上覆水和底泥）采样均来自重庆市江北区境内的溉澜溪（鲁能星城九街区 A 区-江北嘴入长江口段），目前该段水体仍为全段黑臭（截止 2017年 7 月）（渝建[2017]357 号），黑臭等级为轻度，为重庆市城市黑臭水体整治重点任务之一。溉澜溪起源于渝北区新华水库，流经渝北、江北，绕过江北嘴 CBD，最终汇入长江。近年来，随着城市建设的加快，溉澜溪两岸建筑开发越来越多，沿岸施工垃圾也随之增多，每次暴雨都会向河堤内冲刷下来大量大块石头、淤泥，杂草也相伴丛生，加之新华水库涌出的污水日渐污染溉澜溪，长期以来管网等基础设施建设跟不上，上游生活污水直接排入河里，严重影响了溉澜溪的水质状况。溉澜溪因此成为一条典型的城市黑臭河流。采样具体地理位置如图 2.1 所示，采样地点河段上覆水基本理化性质如表 2.1 所示。

示意图,试验装置,曝气,示意图

2 研究方法2.1 试验装置试验装置采用玻璃容器（1450mm×1850mm），容器内先装入经预处理的底泥泥厚度约为 5cm，再用虹吸法向容器内注入取样回来的实验用水 1300mL，该尽量避免扰动底泥。水体曝气有两种方式：表面曝气和底部曝气，以下分别简水曝气和泥曝气。整个曝气试验分为 3 组，分别为水曝气组（EW）、泥曝气ES）以及对照组（EC），每组设 3 个平行试样。水曝气组（EW）将曝气头安置于泥-水界面上方约 2cm 处，尽量使表层底浮较少。泥曝气组（ES）将微孔曝气头安置于泥水界面下方约 2cm 处，表层悬浮。对照组（EC），不进行曝气。装置静置 2d 后进行曝气试验，曝气参数 1~2L·min-1（该参数由预实验确定，使曝气过程中上覆水 DO 保持在富氧状8mg·L-1）、6h·d-1。20d 后停止曝气，实验在 26d 结束。具体试验装置如图 2-2 。

示意图,扩散法,反应装置,示意图

图 2.3 冷扩散法反应装置示意图ig. 2.3 Schematic diagram of cold diffusi铁的提取方法活性铁在酸作用下能够由底泥释放g 新鲜底泥于 20mL 离心管中，加入提取 12h，离心（4800r·min-1，20m光光度法测定其总铁及亚铁含量。法采用 Excel2013 软件，相关性及主理部分由 Origin 2018、Visio 2013

【参考文献】