湿地底泥污染物迁移规律及其影响因子研究

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随着经济的发展,大量的污废水排入自然水域中,污染物进入水域后,部分沉积到底泥中。沉积在底泥中的污染物在环境因素和水动力因素的影响下,再次进入水体造成水体二次污染。目前,底泥污染已成为水环境重点防治的问题之一。我国对底泥的研究大多集中在淮河、太湖等河流湖泊,而对北方典型泥炭质湿地底泥的研究较少。由于不同底泥的地理位置不同,所处的沉积环境也不同,在选用同种方法探究不同底泥时,其研究结果有所差异。因此,本文以大庆市龙凤湿地底泥为研究对象,探究在静态条件下和水动力条件下底泥中污染物的迁移规律及其影响因子,为龙凤湿地内源防治提供科学依据和参考。本文在检测湿地底泥、上覆水、间隙水理化性质、污染含量的基础上,对湿地中不同污染物含量进行相关性分析;通过静态模拟实验,探究灭菌和未灭菌底泥中污染物在自然状态下的静态迁移规律以及环境因子对污染物迁移的影响;基于响应面法构建污染物回归模型,预测底泥污染物的最不利和最佳迁移条件;通过摇床和增力搅拌器,探究土水比、扰动强度、再悬浮-沉降对底泥污染物迁移规律的影响。其主要研究成果如下:龙凤湿地上覆水各项指标含量均超过《地表水环境质量标准》Ⅴ类水体。上覆水与间隙水的浓度差约为2倍,污染物易发生扩散行为。底泥综合污染指数评价结果为中度和重度污染水平,有机污染指数评价结果为尚清洁和有机氮污染水平。上覆水、间隙水、底泥间各污染物含量相关性都较高,间隙水与上覆水间存在着频繁的物质交换。此外,水体中污染物含量在一定程度上受底泥中污染物含量的影响。未灭菌底泥NH3-N、SRP、COD在水相中的浓度随着时间的增加呈先上升后降低最后趋于稳定的状态。灭菌底泥NH3-N、SRP、COD在水相中的浓度分别在第14天、10天、12天达到稳定,其稳定值为0.63mg/L、0.42mg/L、114.56mg/L。NH3-N、SRP、COD的迁移量和迁移速率随温度的上升而增大,随溶解氧浓度的增加而减少。基于响应曲面法得到NH3-N、SRP、COD的最佳迁移条件温度为7.68℃,溶解氧为6mg/L,可取系数为0.983,此时污染物迁移量取极小值。最不利迁移条件温度为20℃,溶解氧为2mg/L,可取系数为0.985,此时污染物迁移量取极大值。在水动力条件下,土水比越小,单位质量底泥迁移污染物越多。土水比1:10,转数150r/min的条件下,水相中有机物的迁移量需要6h达到饱和。转速越大,底泥再悬浮浓度越大。扰动10min时,在底泥-水界面处180r/min水体中悬浮物浓度是60r/min水体中悬浮物浓度的1.22倍,且加速污染物向水体迁移。底泥再悬浮-沉降过程中颗粒污染物发生吸附架桥和团聚作用,导致大颗粒物沉降速度加快,但小颗粒物稳定性高,持续停留在上覆水中,使水体恢复澄清时间延长。
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