龙景湖沉积物无机硫分布特征及外加硝态氮的影响

发布时间：2018-04-12 19:34

本文选题：龙景湖 + 沉积物-上覆水界面　；参考：《重庆大学》2015年硕士论文

【摘要】：重庆园博园龙景湖是一个典型人工深水湖泊,对构建园区景观,调节湖区小气候等具有重要功能。夏秋季节由H2S等诱发的“黑臭问题”严重阻碍了园区的发展。为了给湖体沉积物及水体的污染防控提供科学依据,根据龙景湖成湖前的土地利用类型、新老水体的构建、排污口的位置、景观等因素确定了六个采样点,按春、夏、秋、冬四个季节采集沉积物及其上覆水样品并测定无机硫含量,研究龙景湖中无机硫的空间和季节分布特征,明确产生“黑臭”问题的潜在点位;对沉积物及其上覆水深度方向上的含氮化合物、有机物进行测定,研究NO3-、NO2-、NH4+、TOC、CH4对SO42-还原过程的影响;测定了沉积物中同步可提取重金属(SEM)含量和重金属的总含量,评价沉积物中重金属的生物有效性和生态毒性;采用向沉积物中添加Ca(NO3)2的方式,研究Ca(NO3)2对无机硫的转化过程的影响。(1)龙景湖上覆水和孔隙水中SO42-含量沿深度方向呈逐步递增趋势,受季节(主要是温度)的影响,冬、春、秋、夏四季SO42-含量依次呈递减趋势。冬季气温较低、溶解氧含量高,有利用上覆水中SO42-向沉积物中扩散,夏季相反。在冬季,原鱼塘处SO42-扩散通量为-0.059mg/m2·d,其他点位为0.338-12.925 mg/m2·d,受较高浓度溶解氧的影响,S2-含量与SO42-扩散通量的关系不明显。在夏季,出水口附近水湾处SO42-扩散通量为-0.672 mg/m2·d,其他点位为0.725-1.349mg/m2·d,受人为排水的牵引作用,排水口附近水湾SO42-含量不断累积,且气温升高也使界面SO42-还原强度增大,发生沉积物孔隙水SO42-的内源释放,在SO42-扩散通量为负或扩散通量较低的点位易出现高浓度H2S。整个湖区在季节和人工干预(排水、曝气、水生动植物养殖)等作用综合影响下,水体向沉积物的SO42-扩散量冬季约为0.709t·a-1,夏季约为0.116t·a-1。上覆水中溶解性硫化物含量沿深度方向逐渐增加且增速不断加快,除湖水排水口附近水湾、原鱼塘两采样点受人工排水和曝气等的干预外,其他各点的硫化物含量基本都呈现冬、春、秋、夏依次增加的趋势。湖区整体受硫污染的程度较大,排水口附近水湾、凌云桥处在夏秋季节易出现由H2S气体引发黑臭问题,是进行硫污染治理的关键点位。(2)沉积物酸挥发硫化物(AVS)含量为100.90-316.38mg/kg,在沉积物表层8-15cm间出现峰值,随后逐步减少;铬还原硫化物(CRS)含量为106.01-471.53mg/kg;元素硫(ES)含量为57.87~351.63mg/kg;CRS和ES含量在深度方向均呈现先增后减的趋势。3类还原性硫含量呈CRSAVSES的关系。目前,湖区无机硫转化过程受人为干扰大,沉积物中AVS向黄铁矿转化程度不高。(3)沉积物上覆水和孔隙水中CH4和SO42-的变化规律揭示了厌氧CH4氧化(AOM)作用的存在,SO42-与CH4过渡区(SMT)出现在沉积物界面附近的-5~+5cm位置。沉积物界面的NO3-含量有限,反硝化和NO3-异化还原为氨的过程对SO42-还原的抑制作用不显著。湖体沉积物上覆水中TOC含量多且容易被SRB利用,SO42-还原强度很大,此时SO42-的含量是SO42-还原的控制条件;孔隙水中TOC含量相对较低、并且难以被SRB利用,加之其它异养微生物对有机质的竞争性利用,此时TOC的含量和生物有效性成为SO42-还原的控制条件。沉积物及其孔隙水中的TOC在SO42-还原、反硝化、CH4化等过程中发挥了重要作用,反硝化过程消耗TOC均值为0.01%-0.98%之间,SO42-还原过程消耗TOC为均值2.23%-12.76%,CH4化过程消耗TOC为均值29.32%、33.36%,超过50%的TOC剩余。(4)龙景湖沉积物中同步可提取重金属的含量在水平和深度方向的分布差异较大。采用SEM/AVS(比值法)和SEM-AVS(差值法)对龙景湖同步可提取重金属的生物有效性进行分析,所得结论一致:原鱼塘、原龙景湖水库和湖水汇流处重金属存在较大的生物毒性,湖水排水口附近水湾和凌云桥重金属生物毒性较小,但水湾处具有发生生物毒性的可能,是防控的重点位置。对AVS和SEM进行相关性分析,结果表明,AVS与各SEM重金属之间具有显著相关性,且SEMZn、SEMNi、SEMCr、SEMPb、SEMCu两两间极显著正相关,表明其来源可能一致。与三峡库区和中国湖泊底泥重金属背景值相比,其沉积物中重金属含量明显偏高,表明龙景湖曾经有外源性重金属污染。对重金属生态风险性进行评价,结果表明,各点位重金属含量均处于低生态风险程度;Hg的潜在生态风险系数最大,为中等生态风险水平;各重金属单因子生态风险程度顺序为HgCdNiPbCuZnCr。(5)加入适量的Ca(NO3)2溶液能够将沉积物及其上覆水中的还原态硫化物氧化为SO42-,从而抑制H2S的溢出。12oC时AVS的去除率为89%,20oC时去除率为89.4%,表明温度对AVS的去除效果影响不明显,但温度升高可以加快去除速率。一定条件下,不仅要掌握水体消耗NO3-的物质(AVS、TOC等)的背景值,还需要综合考虑水体温度等物理指标,选择合适的投加量,避免Ca(NO3)2投加量过低不能将硫化物完全去除或投加量过高导致外源性氮污染问题。
[Abstract]:In order to provide a scientific basis for the pollution prevention and control of lake sediments and water bodies , the paper studies the spatial and seasonal distribution characteristics of inorganic sulfur in the lake , and studies the effects of NO3 - , NO2 - , NH4 + , TOC and CH4 on SO _ 2 - reduction process . The effect of Ca ( NO3 ) 2 on the conversion of inorganic sulfur is studied by adding Ca ( NO3 ) 2 to sediment . ( 1 ) The concentration of SO _ 2 - diffusion in water and pore water is gradually increasing along the depth direction . In winter , the concentration of SO _ 2 ~ ( 2 - ) is - 0.059mg / m ~ 2 路 d , the other points are 0.338 - 12.925 mg / m2 路 d , and the other points are 0.338 - 12.925 mg / m2 路 d . ( 2 ) The content of TOC in sediment and pore water is in the range of ~ 5 ~ + 5 cm . The content of TOC and the content of SO _ 2 - and SO _ 4 ~ ( 2 - 4 ) in the sediment and its pore water are in the range of ~ 5 ~ + 5 cm . The content of TOC and TOC in the sediment and pore water are 2.23 % - 12.76 % and 29.32 % , 33.36 % , and more than 50 % TOC are remained . ( 4 ) The content of heavy metals can be extracted from the sediments of Longjing Lake by using SEM / AVS ( ratio method ) and SEM - AVS ( difference method ) .

【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X524

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