【摘 要】
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城市污染河流治理过程中,不仅需要考虑污染底泥的修复,还应包括修复后受损生态系统的恢复尤其是沉水植物群落的恢复问题。该课题针对一种底泥原位修复技术——原位洗脱技术,以北京市凉水河底泥作为研究对象,通过比较现场试验和模拟洗脱试验过程中洗脱与对照组底泥各项理化指标、典型污染物、氮磷形态分布特征,以及洗脱前后底泥中氮磷释放特征,并在实验室模拟曝气冲洗和水力冲洗两种洗脱处理方式,研究两种处理方式对底泥理化性
【基金项目】
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国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07401-003)“受损水体修复技术集成与应用”
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城市污染河流治理过程中,不仅需要考虑污染底泥的修复,还应包括修复后受损生态系统的恢复尤其是沉水植物群落的恢复问题。该课题针对一种底泥原位修复技术——原位洗脱技术,以北京市凉水河底泥作为研究对象,通过比较现场试验和模拟洗脱试验过程中洗脱与对照组底泥各项理化指标、典型污染物、氮磷形态分布特征,以及洗脱前后底泥中氮磷释放特征,并在实验室模拟曝气冲洗和水力冲洗两种洗脱处理方式,研究两种处理方式对底泥理化性状的改变及处理前后底泥作为基质时沉水植物苦草萌发和生长的差异。研究结果表明:(1)原位洗脱技术对一定深度范围内(现场试验为0~5 cm范围,模拟试验为10 cm)底泥理化指标、典型污染物含量改变均表现显著:洗脱显著提高了底泥中p H、ORP(氧化还原电位),而降低了其中含水率;模拟洗脱处理对底泥中OM、TN和TP的去除率分别达到70.12±4.80%、66.85±1.98%、43.14±3.12%。(2)原位洗脱技术明显改变了0~10 cm底泥中氮、磷形态的分布,其中0~5 cm范围内表现为洗脱过后NH4+-N、NO3--N比例的降低和DON占比的升高。原位洗脱技术对0~10 cm底泥中TN、TP的去除主要通过对颗粒态有机氮(Particulate organic nitrogen,PON)和铁铝氧化物结合态磷(Al bound phosphorus,Al-P)、有机磷(Organic phosphorus,OP)的去除来实现:现场和模拟试验过程中PON对TN去除的贡献率分别为55.0%和73.4%,Al-P、OP对TP去除的贡献率分别为37.0%、31.3%和66.2%、43.7%。(3)原位洗脱技术对底泥中NH4+-N、PO43--P和TP向上覆水中的释放具有显著的抑制作用:释放试验第30 d时三者平均释放速率分别较对照组下降了98.6%、68.6%和91.9%;原位洗脱技术通过对界面DO的改善和对底泥中有机氮、磷物质(PON、OP)的去除,从而有效抑制了NH4+-N、PO43--P向上覆水中的释放。(4)模拟气洗、水洗处理均显著改善了底泥的氧化还原环境,包括不同深度底泥ORP的显著提高和NH4+-N、酸可挥发性硫化物(Acid volatile sulfide,AVS)含量的显著降低,且2种处理方式对底泥中OM、TN和TP去除效果同样表现显著;水洗处理相比气洗对苦草最终累计萌发率和萌发速率(Germination speed,GS)提高更为显著,且提升效果受1~3 cm范围内底泥ORP、w(NH4+-N)、d(0.1)和d(0.9)等因素的驱动;2种模拟处理均显著提高了苦草幼苗的株高(hp)、分根数(nr)、叶片数(nl)、平均根长(lr),且水洗组相比气洗对苦草生长影响更为显著;洗脱对苦草生长的影响受中值粒径(d(0.5))以及底泥中w(TN)、w(NH4+-N)、w(Al-P)、w(AVS)因素的驱动,其中洗脱对NH4+-N、AVS的去除可能减轻了底泥厌氧环境对苦草生长的胁迫。
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