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黑臭河道治理是我国水污染防治的重要任务之一。通过整理国内外城市河道的污染现状及污染机理,水体中有机质降解会大量消耗水体溶解氧含量,破坏水体供氧与耗氧平衡,形成水体缺氧甚至厌氧环境,最终导致水体发黑发臭。另一方面,由于城市河道水深较浅、滞留时间长等特点,导致污染负荷沉积于底泥中,使底泥成为最大的内源性污染源。目前,疏浚是解决底泥污染的有效措施之一,然而考虑到施工条件、成本、效果等因素,并不是所有受污染河道都适合采用该措施。因此,针对不进行疏浚的城市黑臭河道,本文采用化学修复的原位处理技术结合生态修复手段综合治理,并比较分析不同种类、剂量化学试剂修复效果及对后续生态修复期间沉水植物的影响。如今,国内外应用于水体修复的化学试剂主要有氯化铁、铝盐、氧化钙、硝酸钙和硝酸钠等,并且在水体修复试剂应用选择方面已取得较大的成果。因此,本文主要针对黑臭河道筛选合适的化学修复试剂并确定该试剂的施用剂量,以较小的成本最大限度地改善水体的理化性质并提供适合开展生态修复的生境条件。本文将化学修复与生物生态修复相结合,探索研究在保障生态安全前提下的底泥化学修复技术具有重要的实践价值。 本论文针对污染严重的黑臭河道,首先通过室内模拟控制实验对水体进行化学修复的前期处理,探讨了不同处理措施(曝气、添加化学试剂Ca(NO3)2、Na2CO3·1.5H2O2和CaO2)对黑臭河道沉积物及水质的处理效果,重点研究了CaO2对水质及沉积物磷迁移转化的影响。最后针对该试剂修复的水体环境是不是适合开展生态修复进行研究,选用苦草和菹草两种具有季节代表性的沉水植物为研究对象,在CaO2修复后的水体中进行沉水植物的适应性研究,选择适合开展生态修复的先锋物种。实验结论如下: (1)本文选用三种化学修复试剂——Ca(NO3)2、 Na2CO3·1.5H2O2和CaO2,首先在转移相同电子数量的条件下确定每种修复试剂的投加剂量。结果表明,不论从感官还是控制内源营养盐释放的角度分析,CaO2修复剂对水环境的处置效果更佳,因此,筛选选用CaO2修复剂进一步分析对河道黑臭底泥的处理效果。 (2) CaO2修复试剂可同步解决沉积物界面处厌氧现状和沉积物内源磷释放问题。研究表明,投加CaO2显著改变了表层沉积物的溶解氧分布特征,增大了溶解氧渗透层深度,提高了溶解氧的交换通量,加快了可降解有机质的矿化速率。对比分析该试剂在控制内源释放方面的效果,其在抑制磷释放方面效果更佳,并且抑制效果随浓度变化呈显著的正相关变化,上覆水活性磷含量最大可削减98%。虽然投加CaO2造成底层局部水体pH显著升高,但在适当投加剂量范围内不会显著影响苦草种子的萌发。 (3) CaO2修复试剂显著改变了表层沉积物(0~2cm)中磷形态的分布状态,能够将不稳定的铁铝结合态磷转化为性质更加稳定的钙结合态磷,具有显著的相关关系,降低了沉积物的释放潜能。并随着CaO2浓度的升高,稳定态的钙磷含量越高,上覆水活性磷含量越低,对抑制磷释放效果越明显。因此,CaO2试剂对控制内源底泥的磷释放起到十分重要的作用。 (4)不同剂量的CaO2对苦草的光化学性能具有不同的影响。当CaO2浓度较高时,会对苦草的生长产生明显的胁迫影响,导致叶片中叶绿体失活,使叶片失去光合作用能力。然而,较低浓度的CaO2会对苦草叶片的光化学性能起到一定的促进作用,特别是当CaO2浓度为0.176kg/m2时,CaO2显著降低了苦草叶片叶绿体单位反应中心能量的耗散,提高了电子转移到电子链末端的产额及概率,并同时激活叶片中未被激活的反应中心数量,最终提高叶片的光化学效率(P<0.05),有利于光能向活跃化学能转变。因此,在通过CaO2修复的黑臭河道中,低剂量CaO2对提高苦草的适应能力,不会对苦草生长产生影响。 (5)不论浓度高低,CaO2都对菹草的光合作用过程产生一定的胁迫作用,对菹草的生长产生一定的影响。高浓度的CaO2破坏了菹草叶片中叶绿体结构,严重降低了菹草的光合作用能力,并对菹草的生长产生明显不利影响。较低浓度的CaO2同样破坏了叶绿体a的结构,降低了其最大限度接受光量子的能力,影响PSⅡ中电子传递过程,使单位面积反应中心数显著减少(P<0.05),从而抑制菹草的生长。因此,在CaO2修复的黑臭河道中,不适合在生态修复初期种植菹草。 综上所述,在所选范围内的修复试剂中,CaO2具有较明显的优势。CaO2对黑臭河道底泥改善的室内模拟实验初步取得了成效,CaO2作为缓释材料对黑臭河道的治理具有一定的积极效果。当其投加浓度为0.176kg/m2时,既到达相应的处理效果,又降低了工程成本,为适宜投加剂量。并且在生态修复初期适合选用苦草作为先锋物种,不适合采用菹草。