城市河道底泥营养盐释放及化学修复研究

发布时间：2020-10-10 00:35

　　城市河道污染是目前全球范围内普遍存在的突出环境问题之一,而底泥污染正是河道污染的一个重要后果,底泥污染与整治成为城市河道污染控制的难点之一,底泥中累积的大量有毒有害污染物通过一定的交换作用重新释放,是影响和制约上覆水质的主要二次污染源。因而如何选择行之有效的底泥修复技术作为城区河道治理的关键性问题,已成为建设城市生态系统、提高城市环境质量的重点和难点。分别在夏、冬两季对天津市周边河道采集的水样、底泥分析检测,结果表明,天津市一、二级河道,均受到了较严重的污染,特别是底泥,二级河道底泥比一级河道受到更重的污染;针对天津市河道底泥的污染情况,在自制模拟河道上铺设采集的实际河道底泥,进行了底泥污染物释放试验,结果表明河道上覆水在较短的停留时间内(5天),水质维持较好;溶解氧水平对底泥磷的释放影响较大,低溶解氧水平(0.8mg/L)是高溶解氧水平(7.2mg/L)释放量的3.7倍;扰动(风浪)显著影响底泥磷的释放。在调研和底泥污染物释放试验的基础上开展了修复试验,采用水封原理在自制反应器上进行了底泥修复试验,考察了Ca(NO3)2、CaO2、聚铝等不同投加方式、不同加药量修复底泥的试验;聚铝在短期内抑制磷的释放效果比较明显,17周后抑制能力逐步恶化;CaO2的缓慢释氧特性,也能较长时期抑制磷的释放,但是会引起水体pH值的上升,pH值达9~9.5;Ca(NO3)2能长期抑制磷的释放,在长达30周的试验周期内,上覆水TP含量均控制在0.03mg/L以下,经过20周后,Ca(NO3)2-N加药量为70g/m2的反应器内TN已降至5~6mg/L水平,同时底泥表层、底部TOC也得到7~8%的去除率,因此Ca(NO3)2-N加药量为70g/m2、注射深度为10cm的加药方案最佳。首次采用ORP、底泥TOC、磷形态分布、重金属形态分布、底泥有机物种类变化等多指标来探讨不同药剂、投加方式、加药量等修复方式的优劣,Ca(NO3)2由于NO3-良好的迁移扩散能力,使底泥内部氧化环境得到均匀改善,因此表层、底部底泥TOC均得到相同的去除率,特别是30周后底泥重金属形态分布与修复前封存底泥比较发现,各形态含量基本保持不变,也就是说重金属离子在修复前后迁移扩散潜能没有发生大的改变,这使原位的化学修复技术成为可能。采用回归方法建立了Ca(NO3)2修复模型,该模型可为实际河道底泥的修复提供参考。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：X52
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章文献综述
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 物理修复
            1.2.1.1 疏浚
            1.2.1.2 隐蔽（原位覆盖）
            1.2.1.3 其他
        1.2.2 化学修复
            1.2.2.1 氧化还原技术
            1.2.2.2 钝化技术
        1.2.3 生物修复(bioremediation)
            1.2.3.1 生物修复发展现状
            1.2.3.2 原位生物修复
            1.2.3.3 异位修复
        1.2.4 联合修复
            1.2.4.1 植物-微生物联合修复
            1.2.4.2 化学- 生物修复
    1.3 底泥修复的发展趋势
第二章课题的相关概况
    2.1 研究的背景
    2.2 研究意义
    2.3 研究内容
        2.3.1 河道底泥污染状况调研
        2.3.2 污染底泥对水体的影响及危害
        2.3.3 污染底泥的修复试验
    2.4 试验分析方法
        2.4.1 水样和泥样采集方法
        2.4.2 常规指标分析方法
        2.4.3 底泥中有机物测定
        2.4.4 底泥中磷形态分布分析
        2.4.5 底泥中重金属离子分析
        2.4.6 底泥重金属离子形态分布
        2.4.7 底泥Fe3+/Fe2+比值
第三章天津城区典型河道调研
    3.1 天津城区典型河道污染状况采样调查
    3.2 试验结果及分析
        3.2.1 第一次取样（2007.12.22）
        3.2.2 第二次取样（2008.9.15）
            3.2.2.1 各取样点上覆水CODCr 值和底泥中TOC 含量
            3.2.2.2 各取样点底泥磷形态分布
            3.2.2.3 各取样点底泥有机物GC-MS 分析
    3.3 本章小结
第四章污染底泥对水体二次污染的影响及作用模式
    4.1 试验装置
    4.2 试验方案设计
        4.2.1 停留时间
        4.2.2 溶解氧
        4.2.3 风速
        4.2.4 温度
    4.3 底泥理化分析
        4.3.1 底泥磷的形态分布
        4.3.2 底泥重金属离子形态分布
        4.3.3 底泥的吸附特性试验
            4.3.3.1 底泥的吸附动力学试验
            4.3.3.2 吸附等温线试验
    4.4 模拟河道试验结果与讨论
        4.4.1 停留时间对水质的影响
        4.4.2 溶解氧对水质的影响
        4.4.3 风速对水质的影响
        4.4.4 温度对水质的影响
        4.4.5 底泥氮磷的释放速率曲线
    4.5 本章小结
第五章底泥修复试验研究
    5.1 底泥的采集及理化分析
        5.1.1 底泥磷的形态分布
        5.1.2 重金属离子形态分布
    5.2 实验装置
    5.3 试验方案设计
    5.4 试验结果与讨论
        5.4.1 投加Ca(N03)2 对底泥污染物释放的影响
            5.4.1.1 对底泥NH3 释放的影响
            5.4.1.2 对底泥磷释放的影响
            5.4.1.3 对底泥有机物释放的影响
            5.4.1.4 对底泥TN 释放的影响
            5.4.1.5 反应器内底泥Fe3+/Fe2+变化
        5.4.2 投加Ca02 对底泥污染物释放的影响
            5.4.2.1 对底泥NH3-N 释放的影响
            5.4.2.2 对底泥磷释放的影响
            5.4.2.3 对底泥有机物释放的影响
            5.4.2.4 对底泥TN 释放的影响
            5.4.2.5 反应器内底泥Fe3+/Fe2+变化
        5.4.3 聚铝投加试验
            5.4.3.1 对底泥NH3-N 释放的影响
            5.4.3.2 对底泥磷释放的影响
            5.4.3.3 对底泥有机物释放的影响
            5.4.3.4 对底泥TN 释放的影响
            5.4.3.5 反应器内底泥Fe3+/Fe2+变化
    5.5 小试试验（广口瓶）
        5.5.1 对底泥NH3-N 释放的影响
        5.5.2 对底泥磷释放的影响
        5.5.3 对底泥有机物释放的影响
        5.5.4 反应器内TN 变化趋势
        5.5.5 反应器内底泥Fe3+/Fe2+变化
    5.6 部分反应器内氧化还原电位变化（ORP）
    5.7 试验中期底泥的理化分析
        5.7.1 底泥中有机物变化
        5.7.2 底泥中磷形态分布变化
        5.7.3 底泥中重金属形态分布
        5.7.4 小试试验（广口瓶）中期底泥的理化分析
            5.7.4.1 底泥中有机物变化
            5.7.4.2 底泥中磷形态分布变化
    5.8 本章小结
第六章修复模型的建立与分析
    6.1 数据处理
    6.2 模型的建立
第七章结束语
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
附录
发表论文和参加科研情况说明
致谢

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