河流沉积物磷形态分布特征及其释放模拟研究

发布时间：2020-08-03 05:41

【摘要】：本论文选取海河干流柱芯沉积物、美国佛罗里达Alafia河水系表层沉积物及岸边带土壤研究河流沉积物总磷污染及沉积物磷形态分布特征,并对各形态磷与沉积物理化指标进行相关性研究；初步探讨不同土地利用方式下岸边带土壤中微生物生物量磷的分布；同时探讨环境因素(溶解氧、有机碳源、金属铝)联合作用对沉积物释放磷的影响。在此基础上,通过室外大型反应柱实验,模拟研究疏浚、置换水条件下沉积物氮、磷释放对上覆水水质的影响。主要结论如下： 1.海河干流沉积物以细砂和极细砂为主,分别达到总量的30.9%～54.7%和28.8%～63.7%,粉粒和粗砂粒含量较低。海河干流沉积物中有机质、总磷含量分别为4.07%～8.43%和560-1035mg/kg,与我国太湖接近,已属国内较高水平。垂直方向上,总磷含量变化趋势是随着深度增加而降低,其最大值在表层处取得。不同深度不同粒径沉积物中,钙磷(HCl-P)为沉积物中磷的主要存在形态,其含量占总磷含量的60%～80%,说明沉积物中磷的一半以上不能被生物利用。可交换态磷(Ex-P)含量最低(2%～3%)。沉积物中各形态磷含量,除钙磷外,与沉积物中细粒径含量相关,相关系数达到0.72以上 2.Alafia河流域内水系沉积物以砂粒为主。沉积物中各形态磷含量由高到低顺序为H2SO4-PNaOH-PCDB-PNH4Cl-P。各形态磷含量与区域污染状况、矿物质含量、区域地质环境条件有关。Alafia河流域内岸边带土壤中有机碳、土壤微生物磷含量存在差异。生物量磷含量在86.4～479.6mg/kg之间,不同土地利用方式的生物磷含量由高到低顺序为森林用地＞农业农地＞居民用地＞矿区用地。 3.环境条件对沉积物磷释放有较大影响。厌氧条件下沉积物磷释放量明显高于好氧条件下。聚铝(PAC)有显著抑制沉积物磷释放的作用。有机碳源对沉积物释放磷的影响较为复杂：未添加金属铝时,未添加有机碳源的沉积物中磷释放量高于添加碳源时的释放量。而在添加金属铝后,添加有机碳源的沉积物中磷释放量略高于未添加碳源时的释放量。 4.模拟疏浚、一次性全部换水、周期性置换水后疏浚深度对沉积物释放氮、磷的影响的试验结果表明,疏浚对沉积物释放氮、磷污染物有一定影响。自来水作为上覆水时,沉积物中总氮、COD浓度随沉积物深度增加而增大。同一释放装置内,上覆水总氮、总磷和COD浓度均沿垂直方向自下而上逐渐降低。在沉积物氮、磷污染严重情况下,通过疏浚、置换水在短期内能降低上覆水氮、磷浓度,但污染沉积物有持续释放氮、磷的能力,释放的氮、磷足以维持富营养化需求。
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X52
【图文】：

过程图,沉积物,过程,结合态磷

zt le 等2[8 ]将其分为水溶性磷 ! 氧化还原磷 ! N ao H 提取性磷 ! 腐殖质结合态 ! H CI 溶解态磷与剩余的不可提取磷 "可交换态磷 (易溶态磷 ! 松散结合态 ! 不稳定态磷 ) 包括间隙水中的溶解磷等, 这部分磷通常由caCo 3结合态磷释放或者由有机质如腐烂个体等在生作用下释放, 季节性变化强20[ J; 铁结合态磷 (铝结合态磷 ) 包括铁/铝的氢氧物 ! 氧化物以及矿物形式结合的磷, 铁一般以二价或三价形态存在, 受溶解 (D o ) 的影响较大, 铝结合态磷主要受 pH 的影响: 钙结合态磷又分为自生磷 (caco:结合磷 ! 自生与生物磷灰石 ) 与碎屑钙磷30[ }, 这部分磷同样受 pH影响较大 " 以上几种形态磷可以归纳为无机磷, 而目前对有机磷还难做划分直接以有机磷处理 "各种形态磷之间可相互转化3[ .1, 如图 1.1 所示 " 由图可知, 磷在上覆水 !层沉积物与沉积层之间通过掩埋 ! 生物扰动 ! 扩散以及再悬浮 ! 沉淀作用等移转化 " 大量研究表明128 29], , 在 /外源 ,. 磷输入得到控制的前提下, / 内源释放不可忽视 " 故沉积物中磷的迁移转化成为众多研究的焦点"

示意图,海河,采样点,干流

2.2.2 样品采集与预处理柱芯沉积物于2006 年7 月9 日取自海河干流张家嘴村和邢家圈村采样点,采样点位如图2.1所示" 张家嘴村采样点(39003 . 06 / N , 117022 - 21 .- E) 位于海河右岸, 水深 l.sm , 柱长 75em " 邢家圈采样点 (Ell7O 21- 30 0 , N 39 "30 . 03 0 ) 位于海河左岸, 水深 .2 05 m , 柱长 09 cm " 在每个点位用柱状采样器采集柱状样, 采样后现场按照表层及 10 cm 深度进行分割 " 分割后的样品进行风干 ! 用有机玻璃棒压碎

流程图,沉积物磷,形态,称重量

图 2.2 沉积物磷形态连续提取流程图F19 .2 2 Seq uentialetX raetion Proced ure of P hosP horus in sed im ents2.2.3.2 沉积物有机质的测定沉积物和土壤中的有机质含量可以用烧失量(L 50 5 "n lgin tino , Llo )指示94[ ]"将洗净 ! 烘干的巧m L 瓷柑祸在马弗炉中5 0 e 灼烧s h, 取出, 在干燥器中冷却lh, 称重量(m )o " 称取0.3 9 左右的沉积物于已称量的钳锅中, 150 e 烘干4 h,取出, 在干燥器中冷却l h 后称重量(m ,5)0 "然后将柑锅转移到马弗炉中,升温至5 0 e 后灼烧s h, 在干燥器中冷却lh 后称重量(m 5)0 " LoJ 的计算公式为:L O I/% = (m ,05一m sso)/(m 一"犷 m o)x100

【参考文献】