（环境工程专业论文）三峡库区氮磷沉积与释放规律试验研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 本文采用长江原水( 储奇门断面) 浸泡( 小江云阳双江大桥断面) 底泥进行 氮磷沉积与释放试验研究，水土比为1 0 ：1 。 通过一系列的试验研究发现，总氮( t n ) 、总磷f t p ) 的沉积与释放同电导率、温 度、p h 、水体中t n 、t p 的浓度有关。电导率越高，t n 释放量越大；温度越高， t n 、t p 的释放量增加；p h 越低，t n 的释放量越大，随着p h 增大，t n 的释放 量逐渐减小。p h 小于1 0 0 7 t p 的释放量基本没有变化，p h 大于1 1 0 5 ，t p 的释 放量急剧增加；当浸泡液巾t n 浓度小于1 1 9 6m g lh , j ，底泥中t n 是释放的， 浓度升高释放量减小，浓度在1 1 - 9 6 m g 1 - - 1 5 8 0 r a g 1 范围内，t n 基本没有释放。 浓度人于】5 8 0 m g l ，t n 是沉积的，其最大沉积量随t n 浓度的增加而增加。t p 浓度小于o 0 1 5 m g l ( 长江原水t p 浓度) 是释放的，浓度大于o 0 1 5 m g lt p 是沉 积的，沉积量随t p 浓度升高而增加，沉积量与浓度具有线性相关关系；粒径在1 0 目一1 0 0 目范围内，t n 、t p 的沉积与释放量相同。 关键词：总氮，总磷，电导率，粒径，温度，p h 重庆人学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t t h ea r t i c l ec h o o s e st h ey a n g t z er i v e r ( c o l l e c t e da tc h u q i m e ns e c t i o n ) t os o a kt h e t e s t e dc l a y ( c o l l e c t e da ty u n y a n s h u a n g j i a n gb r i d g es e c t i o no fx i a or i v e r ) t or e s e a r c h t h en & ps e d i m e n t a t i o n & r e l e a s er e l a t i o n s h i p a n dt h em a s sr a t i oo fw a t e rt os o i li s 1 0 ：1 t h r o u g ha s e r i e so fe x p e r i m e n t ，i ti sf o u n dt h a tt h es e d i m e n t a t i o n & r e l e a s eo ft n a n dt pi sr e l a t e dw i t he l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y , w a t e rt e m p e r a t u r e ，p h ，t nc o n c e n t r a t i o n a n dt pc o n c e n t r a t i o ni nw a t e r w i f l lt h er i s i n go fe l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo fw a t e r ，t h e r e l e a s ec a p a c i t yo ft nr i s e st o o w i t ht h er i s i n go fw a t e rt e m p e r a t u r e ，t h er e l e a s ev a l u e s o ft na n dt pr i s e i fp hv a l u e si sl o w e r e d ，t h er e l e a s ec a p a c i t yo ft pi se n h a n c e d ；a n d o nt h ec o n t r a r y , i ft h ep hv a l u ei sr a i s e d ，t h e ni t sr e l e a s ec a p a c i t yw i l lb el e s s e n 3 _ h e r e l e a s ec a p a c i t yo ft pb a s i c a l l yh a sn oc h a n g e so nt h ec o n d i t i o no fp hv a l u e sb e t w e e n 3 9 8a n d1 0 0 7 ，b u ti t sr e l e a s ec a p a c i t yr i s e se x t r e m e l yo b v i o u si fp hv a l u e si sa b o v e 1 1 0 5 w h e n 血et nc o n c e n t r a t i o ni sb e l o w1 5 8 0m g 1 t h et nw i l lr e l e a s ei n t ot h e w a t e r , a n dw i t hi t sl o w e r e dc o n c e n t r a t i o n t h er e l e a s ec a p a c i t yo ft ni si n c r e a s e d i ft h e t nc o n c e n t r a t i o no nt h er a n g eo f11 9 6m g ia n d1 5 8 0m g l ，t nb a s i c a l l yd o e sn o tb e r e l e a s e di n t ot h ew a t e r ；w h i l ea b o v e1 9 9 3r a g 1 ，t nw i l lb ep r e c i p i t a t e d ，a n di t s s e d i m e n t a t i o nm a s sw i i li n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft nc o n c e n t r a t i o n t pw i l lb e r e l e a s e di n t ot h ew a t e rw h e ni t sc o n c e n t r a t i o ni sb e l o wo 0 1 5 1 1 _ l g 1 ( t pc o n c e n t r a t i o no f y a n g t z er i v e r ) ；t pw i l lb ep r e c i p i t a t e dw h e ni t sc o n c e n t r a t i o ni sa b o v e0 0 1 5r a g 1 a n d t h es e d i m e n t a t i o nm a s so ft pw i l lb ep r e c i p i t a t e da n di t ss e d i m e n t a t i o nm a s si sd i r e c t l y r e l a t e dw i t ht h et pc o n c e n t r a t i o n w h e nt h ec l a yd i a m e t e ri sb e t w e e n1 0a n d1 0 0i t e m s ， t h et na n dt h et pr e l e a s i n gm a s se q u a l s k e yw o r d s ：t o t a ln i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r o u s ，e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y , c l a yd i a m e t e c t e m p e r a t u r e ，p h i i 重庆大学硕士学位论文1 前言 1前言 水是人类赖以生存的重要物质，随着经济的发展，一方而人类生活和生产用 水的需求巨增，水的供需矛盾日益突出，另一方面水体污染现象不断扩大和加剧， 近年来由于污染物排放量的增加和人类的不当行为，某些地方湖泊、河流的富营 养化进程加快。举世瞩目的长江三峡水库蓄水以后使长江变成一个河道型水库， 致使库区的水流流速变缓，水位上升，大量耕地被淹没，同时在生产生活过程中 产生的各种含氮磷营养物质连同积蓄在耕地上的氮磷等营养盐将通过江水浸泡而 进入水体中，增加了江水中氮磷等营养盐浓度。氮磷含量的增加，加之水体流动 缓慢，水体更新周期变长，可能导致水体发生富营养化。由于水体中总氮、总磷 是水体发生富营养化的两火重要营养盐，因此，国内外对影响水体氮和磷含量的 各种闵素均进行了大量的试验，实践与探索，同时采取措施，防止水污染，保护 水源。本试验研究项目米源于圈家重点科技部课题：三峡库区富营养化预测及防 治技术研究的子课题之三，回水变动区次级河流、湖库，氮磷污染负荷来源解析 及农f = f 1 地表径流污染源的生物防治技术研究与工程示范。 1 1 氮磷研究的回顾与展望 水体中氮磷是水体中两大重要营养元素。对整个水体生态系统、水质、水体 结构等的变化有重要的影响。凶此水体中氮磷的富集是网扰发达国家的水污染问 题之一，也是发展中国家面临的现实环境问题。由于营养盐含量的增加可能引起 湖泊和河流的富营养化，富营养化及其“水华”灾害是当今国际上重大的水环境问 题，已经引起世界各国和联合国环境规划署( u n e p ) 等国际组织充分关注，自2 0 世纪8 0 年代开始，水体富营养化问题也引起了中国政府的关注。中国正在丌展湖 泊富营养化及其治理工作，尤其是“三湖”即巢湖、太湖和滇池的污染控制计划是中 国政府“九五”期间水环境治理的重大举措i l j 。一系列的国际会议的召开，把营养盐 对水体的污染提高到了全球性的水污染问题来认识。 1 1 1 我国水体中氮磷沉积与释放研究状况 我国诸多专家及学者对营养盐从不同的方面、不同角度进行了研究，在以下 几个方面取得了一定的成果： 酸度对氮磷沉积与释放的影响 陈淑珠，钱红等对黄河口和东海研究表明【2 j 在强酸性条件f ( p h 2 ) ，底泥沉 积物对磷的吸附量很小，随p h 的升高吸附量迅速增加，在p h 3 6 之问，黄河沉 积物和东海沉积物对磷的吸附量都比较大。但出现吸附低谷的p h 值不同，黄河沉 积物在p h = 7 8 7 处出现低谷，而东海沉积物出现在p h = 9 5 4 处。这可能与二者 重庆大学硕士学位论文 所含钙量不同有关。海水沉积物所含钙盐量远远超过河水沉积物，不同p h 下的 c a + 与磷酸盐的结合形式不同，对上述结果有影响。 韩伟明在西湖底泥磷释放研究中指出【3 】：在2 0 、p h 3 o 一9 8 范围内测定了 9 种不同p h 条件f 的释磷量。发现p h 对底泥释磷有重要影响。p h6 5 左右释磷 量最小。升高或降低p h 时释磷量增大。t p ( 总磷) 释放量( y ) 与p h ( x ) 呈抛 物线相关。p h6 57 t ：右，水中正磷酸盐主要以h p 0 4 _ 和h 2 p 0 4 2 一的形态存在，最 易被底泥吸附，故此时释磷量最小。降低p h 释磷以溶解作用为主，随着氢离子浓 度增大( p h 降低) ，释磷量增大；而升高p h ，释磷以离子交换为主，体系中o r 与铁、铝磷酸盐复合体巾磷酸盐发生交换，使释磷量增大 4 j 。西湖水年平均p h 在 8 5 9 5 范围内波动，呈微碱性，夏季常维持在p h 9 以上，这样的p h 条件有助于 底泥磷释放。 李勇王超在浅水型湖泊底泥磷释放的环境冈子影响实验研究中报道”i ：p h 对 磷释放的影响在其它条什不变( d o - 8 0 m g 1 ) ，控制温度t = 2 5 ，将上覆水p h 值分 别调节为5 0 、7 0 、9 0 、1 1 0 四种情况进行磷释放实验，其结果是在中性条件下， 磷释放速率最小，而在偏酸性条件下则比中性条件下磷释放率增加；特别是存碱 性条件磷的释放速率尤其大。p h 对磷释放率的影n 向，呈上抛物线型分布。p h 对 底泥磷释放的影响与沉积物中磷盐成分有关。其影响作用有两种，即影响底泥对 磷酸的吸附和离子交换作用。 温度对氮磷沉积与释放的影响 韩伟明在西湖底泥磷释放研究中指出口j 不同温度对磷的沉积与释放有很大的 影u 向并且在1 0 。c 、2 0 和3 0 条件下，分别以三潭内湖水和闸口钱塘江水进行释 磷量试验。温度升高释磷明显增大。三潭内湖水释磷量与温度成f 相关。温度升 高能增加底泥生物活动，促进生物扰动、矿化作用和厌氧转化，导致间隙水耗氧， 使底泥表层呈还原状态，利于f e ”转化为f e ”，力1 1 速磷释放扣j 。还发现1 0 时l 二 述两种水中释磷量相仿，升高温度时，三潭内湖水中释磷量明显大于闸口江水。 李勇、王超在浅水型湖泊底泥磷释放的环境因子影响实验研究中报道hj ：控制 其它条件不变( p h 为7 6 1 、溶解氧保持8 0 m g 1 ) ，在t = 2 5 和t = 3 5 两种状态下测 定磷释放的速度，实验结果表明在# 3 5 时，磷释放速度快，很快达最高点 o 1 4 m g l ，然后趋于甲缓下降趋势，但仍居于0 1 2 m g l 左右；而在t = 2 5 时磷释放 速度明显低于t = 3 5 时的情况，且很快趋于平缓释放，维持在o 0 6 m g 1 左右，上 覆水中t p 浓度只是t = 3 5 时的一半。 底泥不同粒径对氮磷沉积与释放的影响 c h r i s t e n s e n 等人【7 卜【8 j 采用超声波分散沉降法研究了几种不同类型的土壤后 发现，土壤氮在土壤小粒径中分布较多，而在大粒径中分部较少。王岩等人 9 】研 2 重庆大学硕士学位论文 究认为土壤粒径在 磷酸根 硫酸根 氯离子 硝酸根，水溶液中 存在大量氯离子及其它一些阴离子，它们同底泥胶体吸附的以阴离子形式存在的 t n 竞争吸附位置，结果以阴离子形式存在的t n 被代换下来进入水溶液中，使水 溶液中t n 的浓度增加，并且随水溶液中氯离子浓度增加而增大：n 出+ 离子的半 径( 1 4 3 p m ) 与k - 的离子半径( 1 3 3 p m ) 差别不大，n h 4 + ( 水合离子) 半径( 5 3 7 p m ) 1 4 重庆大学硕士学位论文3 水溶液电导率与氮磷释放关系研究 与k + ( 水合离子) 半径( 5 3 0 p r o ) 更为接近，故铵盐同碱金属盐的性质类似2 引。因此， 钠离子浓度越大，同底泥胶体中的n h 4 + 离子竞争吸附位置能力越强，使底泥胶体 吸附n 1 4 + 离子被代换下来的量也越大，从而使水溶液中t n 的浓度增加量也相应 增大。因此，随着水溶液中电导率升高，t n 的释放量增加。 2 5 0 2 0 0 = b 。 一1 5 0 蜊 装 zl - 0 0 h 0 5 0 ： s 皿b | 1 辎 漤 z - - - , o123456 图3 1 时间t n 浓度关系图 f i g u r e 3 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt i m ea n dt nc o n c e n t r a t i o n 1 4 0 1 2 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 o o o 05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 0 图3 2 电导率- - t n 释放量关系图 f i g u r e3 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o n d u c t i v i t ya n dp o s s i b l e r e l e a s ec a p a c i t yo ft nc o n c e n t r a t i o n 3 2 2 电导率与总磷试验结果讨论 水溶液的电导率在2 5 7 9 s c i n 一2 0 1 2 9 s c m 范围内，浸泡时间t p 释放量的关系 五组试验及其结果所得曲线如图3 t 3 所示。 1 5 重庆大学硕士学位论文3 水溶液电导率与氮磷释放关系研究 = 壶 5 世 蠖 昌 o 0 6 0 0 0 5 0 o 0 1 0 0 - 0 0 0 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0123456 图3 3 时哥_ 矸秭渡关系图 f i g u r e 3 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt i m ea n dt p c o n c e n t r a t i o n 电导率( u s c m ) 05 0 0i 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 0 图3 4 电导率一t p 释放量关系图 f i g u r e3 4r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o n d u c t i v i t ya n dp o s s i b l e r e l e a s ec a p a c i t yo ft pc o n c e n t r a t i o n 从图3 3 可以看出t p 的释放量也是在三日达到最大值，在三r 后虽缓慢一1 - 降 但变化不大。随水溶液的电导率升高( 本组试验电导率变化范围为 2 5 7 p s c m - - 2 0 1 2 9 s c m ) ，t p 释放量略有下降，但下降幅度不显著，t p 的浓度基 本不随水溶液中的电导率变化。其具体相关关系如图3 4 。 1 6 o o 0 叭 o o q 一_鲁一越怯：“_ 重庆火学硕士学位论文3 水溶液电导率与氮磷释放关系研究 从图3 4 可以看出在本组试验中，水溶液电导率升高，总磷释放量并不随之升 高，即在电导率为2 5 7 1 x s c m - - 2 0 1 2 a s c m 之间变化，总磷的释放量在误差范围内没 有变化( 经过假设u 检验【27 j ) 。电导率是反映溶液中离子成分总浓度的一个指标， 当电导率升高，水中离子总浓度增加。由于氯化钠的加入，水溶液中的氯离予以 及其它阴离子与底泥胶体吸附的磷相互竞争吸附位置，使底泥胶体吸附的磷被解 吸下来而进入水溶液中，因而水溶液中总磷的浓度升高。 然而，在本组试验范围内，系列1 ，系列2 系列5 ，系列与系列之间电导 率的变化，总磷的释放量基本相同，由s c h u l z e 但9 j 原则可知，电解质中阴离子对带 正电荷的胶体起主要聚沉作用，阳离子对负电性胶体起同样的作用。聚积沉淀能 力随异号电荷离子价数的增高而显著增大。 因为氯离子是带个负电荷，而磷无论是以磷酸一氢根离子、磷酸二氢根离 子、磷酸根离子还是其它形式存在，磷所带电荷都是大于或等于1 ，即使磷以一价 离子集团的形式存在，磷离子集团的聚沉能力大于氯离子，比如说磷酸二氢根离 子的聚集沉淀能力大于氯离子眇j 。它们对胶体的聚沉能力大于氯离子对胶体的聚 沉能力。虽然本组试验加入氯化钠使氯离子浓度增大，增加了氯离子与磷同底泥 胶体相互竞争吸附位置的能力，使水溶液中磷的浓度有所增加，但是水溶液中所、 增加的氯离子并不能对上述系列与系列之间总磷的释放产生特别显著的影响，因 此在本组试验的电导率变化范围内，系列之间总磷的释放量基本相同。 1 7 重庆大学硕士学位论文3 水溶液电导率与氮磷释放关系研究 彗量 誉童 辇蠢 蒸耄 一 蓦需面 g 删一 器 们| | 羹菖 霎 齄 啭 摹 0 d 龟 量 器 凸_ i i 卜 足 蛹墓_ _ 举妻 面 妄 1 利 曼 裔 i i o 凸 霎萼 。 籍翥 埠 甚 肄 * 隧 羹喜 翅 。 瓷 邑 苔 垦* 求帐累k件求求h 件d工zho廿卫廿。口_do一1no矗苛亭-ojl一芍j口口ou【n卫d时卜 鞭籁峨水艇碘“卜景z_p碍蹄挈楚薄长c 重庆大学硕士学位论文 1 9 3 水溶液电导率与氮磷释放关系研究 一 萋董 茅墓 蔫蠢 藿毫 犟蔷 宣 一 甓 】| 霰妻 冀意 霎 齄 哟 茜 誉 骞 哑 吝 豁 | | h 冥 髫童 _ 辇蠢 b 兰 宝 耐 | _ o 蒸篆 最 嚣暑 娇 整 * 型磊 隧 羹| 善 蝴 。 b 邑 置 日 * h k k嗽嗽 k文 + ， 隧 1 1 1 圜旧 * 丑 垛 按妊躲 垛 隧 1 1 1 囡 揉擦撼按棵 禽巾 忑n 一 筇世 凄” 器j焉4卜司n上弓。鲁罟；鲁目011n10：甍事jo宣言兰puou rc卫置b1兽。昌薯ou 寒藕瞵水裢熊di口*7ll婶锝砷脚铎斑*【c懈蝼 重庆大学硕士学位论文3 水溶液电导率与氮磷释放关系研究 一 茎董 藉拿 誉毫 三齑 疆 凄高 群s - h 血l | 奢 一 望 蓑妻 蓑意 s 髓 螭 o 摹 b 癌 量0 凸_ o h 蚕釜 辇嘉 藿耄 攀嘉 型蔷 翼善 。 b 曼 置 垦荽 嗽撇联抖求 童 隧 哥嗣 瓣 垛 昧 擦 妹 蛰d 卜 一 撼世藩” 2 0 黎赫垛彬矮婪山一景7ll坷斟蹄锄铎缝*ic秣熟 重庆大学硕士学位论文 4 底泥粒径与氮磷释放关系研究 4 底泥粒径与氮磷释放关系研究 4 1 试验材料与方法 将底泥进行预处理后，分别用1 0 0 目( 0 1 5 m m ) 、6 0 目( o 3 0i y l l n ) 、2 0 目 ( o 7 5 m m ) 、1 0 目( 21 1 1 1 2 1 ) 筛予进行粒径分级。采用2 0 个体积为5 0 0 m l 玻璃浸 泡缸，每五个为一组，共计4 组，分别编号为系列l 、系列2 、系列3 、系列4 。 系列l 至系列4 都以跃江原水为供试水样。系列l 的底泥粒径为1 0 0 目( 0 1 5 r a m ) 、 系列2 为6 0 日( o 3 0m l t l ) 、系列3 为2 0 目( o 7 5 n m a ) 、系列4 为1 0 目( 2m n 2 ) 。 每个浸泡缸内先加入5 0 9 底泥，然后加入5 0 0 m l 水样( 水土比为1 0 ：1 ) ，水 样在加入的过程中边加入边搅拌直到水与底泥混合均匀为止。取回的i 殳江原水测 量其背景t n 、t p 浓度、s s 、d o 等指标。为了保证试验条件的一致性，每一个系 列采用5 个浸泡缸，每日从一个系列的浸泡缸内取一个水样，水样取完以后此浸 泡缸内的剩余水样作废弃处理，下一次水样取自同一系列的另外一个浸泡缸，水 样每隔2 4 小时取一次，每一个系列取5 次也即试验进行5 日。取样前用玻璃棒将 浸泡缸内的水与底泥搅拌均匀，然后沉淀l 小时，取其上清液约1 0 0 m l ，该水样用 o 4 5 9 m 滤膜过滤后进行t n 、t p 指标的测定，试验结果见表4 1 。 4 2 试验结果讨论 4 2 1 底泥粒径与总氮试验结果讨论 底泥粒径在2 0 目一1 0 0 目范围内，浸泡时间与t n 释放量的关系：四组试验 及其结果所得曲线如图4 1 所示。 乏 兽 型 避 苔 0123456 图4 1 时间一t n 浓度关系图 f i g u r e4 1r e l a t i o n s h i pb # t w e e nt i m ea n dt n c o n c e n t r a ti o n 2 1 时间( 日) 帅加的鲫 重庆大学硕+ 学位论文4 底泥粒径与氮磷释放关系研究 从试验曲线可以看出t n 的释放量都是在三日达到最大值，在三日后释放量基 本上没有变化。结果表明，t n 释放量基本上不随粒径的改变而改变，其具体相关 关系如图4 2 所示。 1 0 0 ，、 童 蚓 签 漤 置 o 8 0 o2 04 06 08 01 0 01 2 0 图4 2 粒径t n 释放量关系图 f i g u r e4 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns o l lg r a n u l a r d i a m e t e ra n dp o s s i b ler e e a s ec a p a c i t yo f t n c o n c e n t r a t i o n 4 2 2 底泥粒径与总磷试验结果讨论 底泥粒径在2 0 目一1 0 0 目范围内，浸泡时间与t p 浓度的关系：四组试验及其 结果所得曲线如图4 _ 3 所示。 o123456 图4 3 时间t p 浓度关系图 f i g u r e4 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt i m ea n dt p c o n c n t r a t io n m 。旧m 吼m 孙问 o 0 0 0 0 0 0 呈 睨 叭 0 0 0 o o o o t8一避鋈山一 重庆大学硕士学位论文4 底泥粒径与氮磷释放关系研究 从图4 3 可以看出t p 的释放量都是在三日达到最大值，在三日后释放量基本 上没有变化。同t n 一样，t p 释放量基本上不随粒径的改变而改变，其相关关系 如图4 4 所示。 从图4 4 可以看出，粒径在1 0 0 ( 目o 1 5 r a m ) - - 1 0 目( 2 m m ) 之间变化， t n 、t p 的释放量基本上没有什么变化。其原因在于：试验的每一个系列所用底泥 来源相同( 即小江云阳双江大桥断面河道底泥) ，底泥的形成过程，粘粒的 含量，有机质的含量，氧化还原电位，酸度都一样。所以底泥中的t n 、f p 含量 都一样。 本试验对同一种底泥进行粒径分级，虽然粒径不同，但底泥采回以后进行风 干处理。分级以后底泥的粒径在o 1 5 m m - - 2 m m 范围内变化，其粒径相对来说已经 很大，底泥间隙水的含量很低，在此粒径范围内，粒径的变化已经对间隙水含量 的影响不大。王岩h 等人研究认为在小于2 u m 粒径中t n 的有效释放量最高( 也即 最容易从底泥巾释放) ，随着底泥颗粒的加大有效释放量逐渐下降。底泥中的t p 主要分布在较小的颗粒中而在较大的颗粒中t p 的含量也较少。对于整个底泥来讲 小l 丁5 0 p , m 粒径决定着底泥t n 释放能力的强弱。本组试验底泥粒径在 0 1 5 m m m 2 m m 范围内变化，对于t n 、t p 的释放能力受粒径的变化的影响已经很 小。所以，粒径在0 1 5 m m - - 2 m m 范围内变化，t n 、t p 的释放量基本相同。 q o 以 皿 ： 餐 瀵 q 0加跚如切 图4 4 粒径一t p 释放量关系图 f i g u r e 4 4r e a t i o n s h i pb e t w e e ns o i lg r a n u l a rd i a m e t e ra n dp o s s i b l er e l e a s ec a p a c i t yo f t p 重庆大学硕士学位论文4 底泥粒径与氨磷释放关系研究 蓊童 摹：- 7 磊 蒸萼 翥蔷 菲 一 苟 量 器 i i b 吕 嚣 乱 处 h 哟 豸妻 鬟 寸 辇蠢 譬 i i 刨 罢 舞 _ 三 藿墓 斟 筝需 崩 i i o o 最 罐 隧 譬 缝 妥 隧 型 矗 邑 芒 垦 *怅 敝h h 嗽h h h 水 】 j i l臣旧 长 l 圜旧 曾隧 按攮 激 基 耋j 妥 缺培 扭 妊挑擞 p n 谊 一 碌 嚣 h 堪 倏 1 踊 2 4 等一譬o旦2 l|卜诺n上q蠹量。吕盘它量|1磊岛一10；o一案ji 糍籁嗡水署挺皇n*石岬堪巢蝾世；滕 重庆大学硕士学位论文 4 底泥粒径与氮磷释放关系研究 翁童 蕈嘉 茬墓 摹需 捌一 羹喜 b 吕 器 一 | f 瓷 吕 彝 l 垃 卜 哟 嘲 寸 髫童 器 犟 i l 越 帚 旬“ 翅 一 目 萎萼 鞘 警删g 裔 o 最 删一 噼 蓬 尊蜀 缝 制邑 乓 羹苔 隧 ， 列 o b 邑 置 厘* k帐k鬟h 撒h 求求 隧 1 1臣蚓 妥 ii哥 旧 蛰 皿 接绦转撼拣球垛躲躲妊 ” j 岛 n寸 尊 赢h 餐 垛垛 2 5 骧籁峨水餐婪d工要舀岬堪巢蜂噗孑僻蝼 重庆大学硕士学位论文5 温度与氮磷释放关系研究 温度与氮磷释放关系研究 5 1 试验材料与方法 采用1 0 个体积为5 0 0 m l 玻璃浸泡缸，每五个为一组，共计2 组，分别编号为 系列l 、系列2 。系列1 、系列2 都以长江原水为供试水样，底泥粒径为1 0 0 目。 分别将系列1 、系列2 的每5 个浸泡缸置入温度为3 0 、1 5 ( 生化培养箱) 内， 使系列1 的试验温度为3 0 、系列2 的试验温度为1 5 。 每个浸泡缸内先加入5 0 9 底泥，然后加入5 0 0 m l 水样( 水土比为1 0 ：1 ) ，水 样在加入的过程中边加入边搅拌直到水底泥混合均匀为止。取回的长江原水测量 其背景t n 、t p 、s s 、d o 、温度等指标。为了保证试验条件的一致性，每一个 系列采用5 个浸泡缸，每门从一个系列的浸泡缸内取一个水样，水样取完以后此 浸泡缸内的剩余水样作废弃处理，下一次水样取自同一系列的另外一个浸泡缸， 水样每隔2 4 小时取一次，每一个系列取5 次也即试验进行5 日。取样前用玻璃棒 将浸泡缸内的水与底泥搅拌均匀，然后沉淀1 小时，取其h 清液1 0 0 m l ，该水样 用o 4 5 9 m 滤膜过滤后进行t n 、t p 、温度指标的测定，试验结果见表5 1 。 5 2 试验结果讨论 5 2 1 温度与总氮试验结果讨论 温度在1 5 一3 0 范围内，浸泡时间与t n 浓度的关系：二组试验及其结果 所得曲线如图5 1 所示。 1 8 0 1 6 0 l4 0 1 2 0 1 0 0 0 8 0 0 6 0 04 0 0 2 0 0 0 0 图5 1 时间t n 浓度关系图 f i g u r e5 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt i m ea n dt n c o c e n t r a t i o n 重庆大学硕士学位论文 5 温度与氮磷释放关系研究 从图5 1 可以看出t n 的释放量都是在三日达到最大值，在三日后释放量基本 上没有变化。温度不同，t n 释放量不同，温度为3 0 释放量为0 6 7 m g 1 ，温度为 1 5 时释放量为o 5 4 m g 1 。 5 2 2 温度与总磷试验结果讨论 温度在1 5 一3 0 范围内，浸泡时间与t p 浓度的关系，二组试验及其结果所 得曲线如图5 2 所示。 o 0 6 0 ，、o 0 5 0 善m 0 4 0 甄0 0 3 0 誉0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0l23456 图5 2 时问一t p 浓度关系图 f i g u r e5 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt i m ea n d t pc o n c e n t r a t i o n 从图5 2 可以看出t p 的释放量都是在三日达到最大值，在三f 1 后释放量基本 上没有变化。温度不同，t p 释放量不同，温度为3 0 释放量为o 0 3 5 m g 1 ，温度 为1 5 时释放量为0 0 1 8 m g 1 。 由于底泥与水溶液之间进行离子交换需要克服固液两相界面之问的阻力而做 功。温度升高底泥与水溶液所组成的系统内能增加，克服固液界面阻力做功的能 力增强，有利于底泥胶体与水溶液进行离子交换口0 1 其结果是温度越高，底泥氮磷 释放量越大。底泥与水组成的混合液中，底泥胶体吸附的t n 、t p 同水溶液中的 t n 、t p 不断地进行吸附与解吸，氮磷的解吸是一个吸收热量的过程。温度升高， 促进吸附一解吸的动态平衡向解吸的方向进行，使底泥胶体解吸氮磷的量增加。 温度升高还能促进固液界面之间离子或原子团之间扩散速度加快，溶解氧含量减 少，矿化作用加强和厌氧转化作用加快，导致间隙水耗氧，促使底泥表面呈还原状态 有利于f e 3 + 转化成f e 2 + ，加速了磷的释放刚。因为f e 3 + 与t p 发生化学反应时所需的 t p 量要比与f e ”发生化学反应时所需的t p 的量要大。因此，底泥中的t p 随温度 升高释放量增加。 重庆大学硕士学位论文 5 温度与氮磷释放关系研究 髫 蓊童 警墨 l i i 盎 萋耄 攀蔷 皿刊一 b 鲁 羹著 罱 | | 霹 o 翳 龟 踊 g 山 誉 卜 | | 餮萋毒 蕈磊 鲁 一 瓷 量 高 玉 o | 蘸耄 凸 翁衄】g 文 蛘 建 型蔷 * 制邑 避 蓑苔 娜 一 曷 邑 苔 厘 苗 | 斗鬟k求瞅o器一2鼍一日=011巧芑暑【po厶卜lij p【矗甍矗4基3矗1毒手一niq醇卜 拳搽幅彬崧枯器辱di口*笛i却巡赠墨咐 重庆大学硕士学位论文 6 水溶液酸度与氮磷释放关系研究 6 水溶液酸度与氮磷释放关系研究 6 1 试验材料与方法 采用3 0 个体积为5 0 0 m l 玻璃浸泡缸，每五个为一组，共计6 组，分别编号为 系列1 、系列2 、系列3 、系列4 、系列5 、系列6 。采用氧氧化钠和盐酸进行酸碱 度的调节。系列1 和系列2 的p h 用盐酸调节；系列3 未进行p h 调节( 采用长江 原水) ；系列4 、系列5 、系列6 的p h 调节用氢氧化钠。调节后供试水样的p h 分 别为：系列1 的p h 为3 9 8 ：系列2 的p h 为6 0 4 ；系列3 的p h 为8 2 8 ；系列4 的p h 为1 0 0 7 ；系列5 的p h 为1 1 0 5 ；系列6 的p h 为1 1 9 4 。由于供试水样进行 了酸碱度的调节，并且酸碱度不同，所加盐酸和氢氧化钠的量不一样，水溶液的 电导率也发生了相应变化。由于电导率对t n 、t p 的沉积与释放有影响，所以加 入氯化钠将电导率调节一致，搅匀后进行试验。 每个浸泡缸内先加入5 0 9 底泥( 粒径为1 0 0 目) ，然后加入5 0 0 m l 水样( 水土 比为1 0 ：1 ) ，水样在加入的过程中边加入边搅拌直到水与底泥混合均匀为止。取 回的长江原水测量其背景t n 、 t p 、s s 、d o 、p h 等指标。为了保证试验条件 的一致性，每一个系列采用5 个浸泡缸，每日从一个浸泡缸内取一个水样，水样 取完以后此浸泡缸内的剩余水样作废弃处理，下一次水样取自同一系列的另外一 个浸泡缸，水样每隔2 4 小时取次，每一个系列取5 次也即试验进行5 日。取样 前用玻璃棒将浸泡缸内的水与底泥搅拌均匀，然后沉淀1 小时，取其上清液约 1 0 0 m l ，该水样用o 4 5 儿r n 滤膜过滤后进行t n 、t p 、p h 等指标的测定，试验结 果见；表6 1 。 6 2 试验结果及讨论 6 2 1p h 与总氮试验结果讨论 水溶液的p h 在3 9 8 1 1 9 4 范围内，浸泡时间与t n 浓度的关系：六组试验及其 结果所得曲线如图6 1 所示。从图6 1 可以看出t n 的释放量都是在三同达到最大 值，在三三日后释放量基本上没有变化。水溶液的p h 不同，t n 释放量也不同，其 相关关系如图6 - 2 。 p h 发生变化主要是因为底泥胶体表面存在着可变电荷，可变电荷是随p h 值 大小而改变的电荷，是由于底泥胶体颗粒表面基团的解离或质子化( 结合h + 离子) 引起的。底泥胶体往往同时带有正电荷和负电荷，所带正电荷和负电荷的代数和 即为所带静电荷的数量。在某一p h 值条件下，当负电荷和正电荷的数量相等时， 胶体的静电荷为零，这就是该胶体的等电点p h 值，或称电荷零点( z p c ) 。当水 重庆人学硕士学位论文 6 水溶液酸度与氮磷释放关系研究 溶液的p h 值低于等电点时，由于o h 基的解离或基团质子化等原因，胶体带正 电荷；当水溶液的p h 高于等电点时，则由于h + 离子的解离，胶体带负电荷。凶 此，底泥胶体对p h 具有很强的缓冲能力，当p h 较低时由于可变电荷的缓冲作用， 使上覆水中的p h 变为较高( 相对于原来p h 值) ，也即研究的结果中性偏碱( 即 长江原水本底的p h ) ；当p h 较高时，情况与此相反，使水溶液的p h 由高变得较 低【2 。由于本组试验对酸碱度进行调节，在高p h 条件下水中的钙、镁、铝、铁离 子与t p 形成沉淀，经过0 4 5 9 m 滤膜过滤时使部分t p 不能通过滤膜，因此供试水 溶液中的t p 浓度较小。 p h 升高t n 降低，本组试验分别采用盐酸和强碱氢氧化钠调节p h 。w 离子、 铵盐的性质同碱金属的性质相似【2 引，p h 越低矿离子浓度越大，底泥胶体吸附 的n r 4 + 同h + 离子竞争吸附位置而被释放出来，并且随h + 浓度增大n h 4 + 释放量增 大，水溶液中t n 的浓度也相应增大。氯离子浓度越高底泥胶体中吸附的硝酸根及 一些带负电荷以有机形式存在的t n 同氯离子进行竞争吸附位置而从底泥释放到 水溶液中的量也越大；p h 越低，t n 的释放量越大。底泥胶体释放出来的n h 4 + 同 o h 。离子发生化学反应：n i - h + + 0 h n h 3 + h 2 0 结果使t n 以n h 3 的形式从水溶液 中逸出。o h 一浓度越大，n h 4 + 以n h 3 的形式逸出量越大，水溶液中总氮的浓度降 低量越大。 = s 蜊 筵 z 卜 2 5 0 2 o o 1 5 0 1 0 0 0 5 0 0 0 0 图6 1 时间一t n 浓度关系图 f i g u r e6 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e n t i m ea n dt nc o n c e n v a t i o n 3 0 6 39 8 6 0 4 8 2 8 1 0 0 7 1 1 0 5 1 1 9 4 ( 同) 重庆大学硕士学位论文6 水溶液酸度与氨磷释放关系研究 1 2 0 1 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 o o 051 01 5 图6 2p h t n 释放量关系图 f i g u r e 6 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e np ha n dc o n c e n t r a t i o n 6 2 2p h 与总磷试验结果讨论 水溶液的p h 在3 9 8 1 1 9 4 范围内，浸泡时间与t p 浓度的关系：六组试验及、 其结果所得曲线如图6 3 所示。 o - 5 0 0 4 5 0 4 0 0 3 5 o 3 0 岂 瑟o 2 5 誊o 2 0 0 1 5 0 1 0 0 0 5 o o o ol23456 图6 3 时间- - t p 浓度关系图 f i g u r e6 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e n t i m ea n dt p c o n c e n t r a t i o n 从图6 3 可以看出t p 的释放量，系列l 至系列5 是在三日达到最大值，三日 3 1 一t8lu一：嘉：轻瀵nj。 重庆大学硕+ 学位论文6 水溶液酸度与氮磷释放关系研究 后释放量基本没有变化；系列6 释放量是在一日内就达到最大值，一口后释放量 基本没有变化。p h 在3 9 8 至1 0 0 7 之间变化t p 的释放量基本相同。当p h 大于 1 1 0 5 时t p 释放量急剧增加。其相关关系如图6 4 。 o 5 0 o 4 5 0 4 0 高0 3 5 00 3 0 捌0 2 5 辎0 2 0 哄0 1 5 0 1 0 o 0 5 o ，o o 024681 01 21 4 图6 4p h t p 释放量关系图 f i g u r e6 4r e l a t i o n s h i pb e t w e e np ha n d p o s s i b l er e l e a s ec a p a c i t yo f t pc o n c e n t r a t i o n 水溶液p h 在3 9 8 至l o 0 7 t p 的释放量基本上都在0 0 3 0 m g 1 左右，在此p h 值范同内，底泥对t p 的吸附量比较大，t p 不易释放。底泥中含有磷酸铁( f e - p ) 类、磷酸钙( c a - p ) 类、磷酸铝( a 1 p ) 类等物质，在碱性条件下，由于o h 一将会取 代f e p 、c a p 、a 1 一p 的磷酸根离子，促使f e 、a l 对t p 的固定性减弱，使磷酸 盐的解吸过程增强，增加了底泥中的t p 向水溶液中释放的速率，所以p h 升高底 泥的t p 释放量增加；在p h 近中性范围内，磷酸盐主要以h 2 p 0 4 一和i t p 0 4 2 - 的 形态存在，最易与底泥中的金属元素结合而被底泥吸附，此时t p 释放量较小； 在酸性范围内，一般的底泥中，磷与铁、铝作用，生成不溶性的磷酸盐，并且其 固定率在p h 为4 时很大1 5 j ，所以，p h 在3 9 8 一l o 7 的范围内变化，t p 的释放量