污染河涌底泥的原位修复与重金属稳定化工程应用研究

摘要

目前，国内外大多数城市河流在城市化进程中受到了严重污染，底泥中淤积了大量的耗氧性物质、氮磷营养物、有机污染物和重金属污染物。要从根本上改善河水水质，不仅要切断外部污染源，还必须解决水体底泥的内部污染问题。论文以佛山市顺德区容桂河涌为例，为解决河涌黑臭现象和降低重金属污染生态危害这两个问题，重点研究了含硝酸钙的底泥调控剂对灭菌底泥和未灭菌底泥的pH、氧化还原电位、黑臭现象、硫化物、磷和重金属六价铬的影响并对调控剂修复底泥的机理进行了初步探讨，并通过工程应用研究，考察了底泥调控剂修复黑臭底泥的效果及其对底泥重金属形态的影响，以期为城市河道治理工程的实施和提高河道治理效果提供理论依据和技术支持。得出以下结论:
　　 1.向底泥投加调控剂后，对于未灭菌组，其上覆水和底泥的pH值都会随着时间逐渐升高，上覆水pH值大致处于7.1～7.5之间的中性范围;而灭菌组，投加调控剂后，其上覆水pH值呈逐渐下降的趋势。对比4个处理组，未添加调控剂处理的灭菌组的上覆水和底泥的pH值整体上比其它三组的要高，基本处于8.0～8.8之间的偏碱性的范围;
　　 2.调控剂的投加使得未灭菌组上覆水和底泥氧化还原电位的提高、底泥黑臭和硫化物的去除，而灭菌组并未产生如上效果，这说明氧化还原电位的提高、底泥黑臭和硫化物去除的关键是调控剂直接抑制或提高了微生物的活性;
　　 3.向底泥投加调控剂后，灭菌组和非灭菌组上覆水的总磷浓度都呈现先下降后上升的趋势，这是因为调控剂抑制底泥磷的释放过程既存在微生物的作用，也存在调控剂本身与底泥物质的化学反应作用。而调控剂的投加对底泥和上覆水六价铬浓度的影响不明显，六价铬浓度的变化可能与底泥自身的吸附强弱有关;
　　 4.在工程应用研究中发现，经过4次投加调控剂处理后，调控剂并未引起河涌水体硝酸盐的二次污染，容桂河涌表层底泥逐渐形成一层氧化层，颜色从深黑色逐渐变成黄褐色，在一周内，底泥间隙水硫酸盐的含量从0.56mg·L-1逐渐升高到4.86 mg·L-1，在22天内，上覆水磷酸盐的浓度从0.62 mg·L-1下降至0.15 mg·L-1，底泥有机质的含量由16.29％降低至9.88％，这说明调控剂能有效去除底泥硫化物、抑制底泥磷向上覆水释放和促进底泥有机物的降解;
　　 5.工程应用研究表明，添加调控剂后沉积物中四种重金属Cu、Zn、Pb和Cr的可还原态和可氧化态占总量的百分比均降低;除了Zn的弱酸提取态下降外，其它三种元素的弱酸提取态均有所提高;调控剂能有效促进沉积物中的重金属Cu、Zn、Pb和Cr向残渣态转化，调控剂处理22d后，重金属Cu、Zn、Pb和Cr的残渣态分别升高了4％、20％、21％和23％。由此可见，调控剂的添加可显著改变沉积物中重金属的形态，并通过降低沉积物中重金属的生物可利用性、减小其生态风险而实现原位生物修复效果。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 背景介绍

1．1．1 我国河道污染的现状

1．1．2 河道污染的来源和危害

1．1．3 受污染底泥对上覆水水质的影响

1．1．4 底泥重金属污染现状

1．1．5 重金属在底泥中的形态及其迁移转化

1．2 国内外底泥修复的研究进展

1．2．1 污染底泥修复技术的研究进展

1．2．2 典型的化学药剂在原位修复技术中的应用

1．2．3 硝酸钙在底泥原位修复技术中的研究进展

1．2．4 重金属污染底泥修复技术的研究进展

1．3 课题来源

1．4 课题研究目的、意义和内容

1．4．1 研究目的与意义

1．4．2 研究内容

第二章 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 河涌上覆水和底泥

2．1．2 河涌底泥修复药剂

2．1．3 探讨调控剂修复底泥污染物机理的装置

2．1．4 中试现场投药装置

2．2 试验方法

2．2．1 调控剂原位稳定底泥污染物机理的初步研究

2．2．2 工程应用试验研究

2．3 分析方法

2．3．1 样品预处理

2．3．2 水质分析方法

2．3．3 底泥污染物分析方法

2．3．4 重金属分析方法

2．3．5 重金属稳定度分析评价标准

2．4 主要仪器设备及试剂

2．4．1 主要仪器设备

2．4．2 主要试剂及药品

2．5 数据处理

第三章 容桂内河涌污染状况

3．1 前言

3．2 容桂河道上覆水污染状况

3．3 容桂河道底泥污染状况

3．4 小结

第四章 调控剂修复底泥机理的初步探讨

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验用上覆水和底泥

4．2．2 调控剂修复底泥机理研究实验

4．2．3 分析测定方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 调控剂对黑臭底泥的表观处理效果

4．3．2 调控剂对底泥上覆水的影响

4．3．3 调控剂对底泥的影响

4．3．4 调控剂抑制底泥磷的释放

4．3．5 调控剂去除底泥硫化物

4．3．6 探讨调控剂对底泥六价铬的影响

4．4 小结

第五章 底泥原位修复示范工程应用研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 试验材料

5．2．2 中试工程设计及调控剂投加

5．2．3 实验内容与方法

5．3 治理效果研究

5．3．1 调控剂对河涌上覆水的影响

5．3．2 调控剂对河涌黑臭底泥的影响

5．3．3 调控剂对底泥磷的稳定化效果

5．3．4 调控剂对底泥有机物的影响

5．3．5 调控剂对河涌沉积物重金属形态的影响

5．3．6 重金属稳定度分析

5．4 小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文和申请的专利

声明

致谢