广州市区内河涌沉积物中磷的污染行为实验研究

摘要

磷是水体富营养化的一个重要因素，目前外源性磷已得到有效的控制，在这种情况下，水体二次营养化必然是水体沉积物中磷等营养物质向水体释放达到一定营养水平的结果。本文总结了前人关于沉积物中磷的化学分级提取的各种方法，提炼了较为合理和完善的方法，对广州市区内典型河涌沉积物中磷的污染行为进行了实验研究。论文采集了海珠区河涌上中下游、车陂涌上下游、沙河涌上下游的沉积物样品，测定其TP以及其各赋存形态的含量，通过相关性分析得出其相关关系；并对磷含量最高沉积物样品中磷的吸附、释放过程进行了实验室模拟研究。论文成果对控制市区内河涌（大多数为相对封闭水体）富营养化，以及减小河涌治理给珠江及其入海口带来的二次磷污染具有现实意义。通过实验，得到如下主要结论：
　　 1.海珠区河涌沉积物中磷含量偏高，TP含量高达6290.75mg·L-1，磷污染严重，这与城中村生活污水处理效率较低有关；同时，较大面积的绿化带对沉积物中磷的净化作用明显。
　　 2.通过分级提取，得到了各形态磷的质量浓度及其占TP的质量分数，结果差别较大，表明各河涌磷污染状况不一，但对于单独河涌相对一致，表明三条河涌表层沉积物中各自环境地球化学行为相似，控制各形态磷的空间分布特征的更重要的是人类排污强度的地区差异性。通过对各河涌各形态磷的质量分数数据对比，结果显示：沉积物中TP以IP为主，IP约占TP的3/4，OP约占TP的1/4。
　　 3.通过对各形态磷的相关性分析，结果显示：TP、IP、OP三者相互之间存在显著的正相关性，表明只要控制IP或OP其中任何一种磷的总量，就能相应控制TP的量；各形态磷之间除TP与Al-P之间存在较差的负相关性外，其余全部呈现正相关性，表明各形态磷之间存在相互转化关系。
　　 4.得到的磷的吸附动力学曲线表明，吸附量随时间推移逐渐增大直至平衡，吸附速率逐渐减小（其中前10h较大，10h后较小）；其吸附动力学可采用准二级吸附动力学方程描述；同时在不同条件下对磷进行等温吸附试验，得出磷的吸附等温线，其方程为：Qe=kC0-b，其中k、b为常数。得出磷的释放曲线，随时间推移，释放量递增、释放速率递减，约24h达到平衡。
　　 5.不同条件对磷的吸附、释放影响的模拟实验表明：温度升高对磷的释放有明显的促进作用，这与温度升高溶解度加大以及分子运动加剧有关。pH由中性无论是增大还是减小对磷的释放都有明显的促进作用，这与磷在沉积物中存在形态不同，与其被酸溶或碱溶有关。Fe3+、Al3+都可以促进磷的吸附，减少释放，其中低浓度Al3+效果明显，这与Fe-P、Al-P在液相与固相间的平衡反应有关；但Ca2+对磷吸附、释放的影响不明显，这与样品中Ca-P含量偏高有关。