河流底泥污染物释放研究

３．底泥中污染物释放率与水深和流速有关，在相同水深的工况下，释放率 随着流速的增加而增大，在相同流速的工况下，底泥的释放率随着水深的增大而 减少。
４．底泥中重金属向上覆水体的释放对上覆水体的影响并不是很大，上覆水体 中只检测出微量的Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ三种重金属。
关键词：底泥河流污染物释放释放率
Ｖ
上海大学硕士学位论文
Ｉｎ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｎｉｎｅ Ｃａｓｅｓ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ：
１．Ｉｎ ｂｏｔｈ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ，ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｒｅｌｅａｓｅｒ ｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｅ ａｂｓｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ’Ｓ ｓｅｌｆ－ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ，ＣＯＤ“ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａ ｄｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｔｒｅｎｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ
第１章概述
１．１研究背景及意义
水是生命之源，是人类发展最重要的自然资源。人类所有的活动都离不开 水的支持。河流系统是陆地水环境中的重要组成部分，河流系统环境质量的好 坏直接影响到湖泊和海洋环境质量的好坏。然而由于缺乏环保意识，在２０世纪 ９０年代以前，我国污染物的处置问题一直没有得到很好的重视，在很多地区， 环境基础设施的建设速度滞后于经济的发展速度，导致大量工业废水、生活污 水等直接排入江河湖海中。
４．Ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｔｏ ｕｐｐｅｒ ｗａｔｅｒ’ｓ ｉｍｐａｃｔ ｉｓ ｎｏｔ ｖｅｒｙ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ａ ｄｒａｍ ｏｆｎｉｃｋｅｌ，ｚｉｎｃ，ｍａｎｇａｎｅｓｅ Ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｗａｔｅｒ．
上海大学 硕士学位论文 河流底泥污染物释放研究 姓名：张坤 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：王道增
20070601
上海大学硕士学位论文
摘要
底泥污染与整治作为城市河流污染的难点之一，是目前全世界普遍存在的突 出环境问题。在一定条件下，累积于底泥中的各种有机和无机污染物通过与上覆 水体间的物理、化学、生物交换作用，可重新进入上覆水中，成为影响河流水质 的二次污染源。了解和掌握河流底泥污染物的释放、扩散规律对河流水质的改善 有重要意义。
本文在循环玻璃水槽内进行了９组不同水深、不同流速下底泥污染物释放实 验，结果表明：
１．当有底泥存在时，底泥中污染物向上覆水体的释放造成了水体污染；当 无底泥存在时，水槽中由于存在着较高的溶解氧造成水体中ＣＯＤ＝呈现下降的趋 势。
２．动水条件下苏州河底泥的ＣＯＤｃ霹放率、ｐＨ和ＤＯ均比静水条件下的大， 但低流速动水条件下的浊度比静水条件下的浊度要低。
从上世纪８０年代开始，国内外学者就开始了底泥污染物扩散规律的研究，经 过几十年的发展，取得了许多成果，但是由于底泥污染物扩散过程本身的复杂性， 还有很多问题尚待研究解决。以往的研究大都集中在氮、磷及重金属释放规律方 面，研究手段以静态实验为主。动水条件方面的研究起步相对较晚，研究成果相 对较少。本文在前入研究的基础上，对动水条件下底泥中污染物释放规律进行了 水槽的实验研究。并以苏州河底泥为例，通过静态和动态的水槽模拟实验，分析 了不同流速、不同水深条件下，河流受污染底泥中释放出的ＣＯＤ。、ＤＯ、ｐＨ、 浊度、重金属等对上覆水体水质的影响。
在环境学中，河流水体是由水、溶解性物质、悬浮性物质、水生生物和底 泥组成的自然综合体。底泥一般是指江河湖海的沉积物，是自然水域的重要组 成部分。河湖底泥的基本物理结构包括与水体相接触的沉积物界面层和界面层 下的原沉积物层。沉积物界面层主要由底栖生物及其残体、代谢产物和颗粒很 细的粘性泥沙组成，由于颗粒很细，极易出现絮凝现象，在床底形成浮泥层， 它们对有机污染物有很强的吸附作用。界面层下的原沉积物层主要是由无机矿 物的泥沙组成，它们对界面层起到支撑的作用，在长期物质扩散的基础上，有 机污染物会从界面层向原沉积物层部分转移，使得在一般的情况下污染物向水 体中的释放较为困难。在天然水体中，悬浮沉积物一般是组成复杂的聚集体， 其基本骨架是粘土矿物或其他矿物微粒，由腐殖质及金属水合氧化物粘附架桥 聚集在一起，各种微污染物如有机有毒物、重金属以及细菌、病毒等吸附在表 面上，发生生态环境效应。污染物通过大气沉降、废水排放、雨水淋溶与冲刷 进入水体，最后沉积到底泥中并逐渐富集，使底泥受到严重污染。上世纪菜茵 河流域、美国的大湖地区、荷兰的阿姆斯特丹港口、德国的汉堡港，底泥污染 情况十分严重【ｌ】。在外污染源控制达到一定程度后，城市河流的底泥由于历年 排放的污染物大量聚集，底泥对上覆水体水质的影响就突出表现出来，此时底 泥成为一个污染“源”，从而造成对水体的二次污染。如穿越上海市区的苏州河， 在一定流速条件下，底泥对上覆水体的作用可使水中ＣＯＤｅｒ增加１５～６７ｍｇ／１【２】。 河流底泥中的污染成分复杂，主要污染物为有机污染物和重金属等，底泥中的
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔ，ａ ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ ａｎｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｓｓｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ，ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｇｇｅｓｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｕｒｂａｎ ｒｉｖｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｂｏＲｏｍ ｓｅｄｉｍｅｎｔ， ｕｎｄｅｒ ｃｇＴｔａｉｎ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ，ｗｉｌｌ ｒｅｌｅａｓｅ ｔｏ ａｑｕａｔｉｃ ｅｎｖｂｏｎｍｅｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈｅｍｉｃａｌ， ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｘｃｈａｎｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｂｅ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｕｐｐｅｒ ｗａｔｅｒ．Ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｋｎｏｗ ｔｈｅ ｌａｗｓ ｏｆ ｒｅｌｅａｓｅ ａｎｄ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｂｏＲｏｍ
ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ．
Ｓｉｎｃｅ １９６０ｓ．ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｃｅｒｎ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｌａｗｓ ｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔ ｒｃｌｅａｓｅ ｈａｓ ｌｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔｕｄｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅ ｆａｔｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ａｒｅ ｇｏｖｅｒｎｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｌｅｘ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｏｆｐｈｙｓｉｃ－ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｔｈａｔ ｄｅｐｅｎｄ ｏｎ ｔｈｅ
ａ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ．
２．Ｕｎｄｅｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ，ｐＨ ａｎｄ
ＤＯ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｕｎｄｅｒ ｓｔａｔｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ｂｕｔ ｒｅｖｅｒｓｅｌｙ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ｉｎ
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ｌｏｗ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｏｏｋ ｏｎ ｌｏｗｅｒ ｖａｌｕｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔａｔｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． ３．Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｂｏｔｈ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ｓｅｄｉｍｅｎｔ
ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ．Ａｔ ａ ｓａｌｌｌｅ ｄｅｐｔｈ．ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｍｃｒｅａｓｅｄ ａｌｏｎｇ ｗｉｍ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉ１１ｃｒｅ鸽ｉｎ吕ｗｈｉｌｅ ａｔ ｔｈｅ ｆｉｘｅｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｄｅ．ｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｅｎｓｅｍｅｎｔ ｏｆｄｅｐｔｈ．
ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｓａｍｐｌｅ ｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，ｆｒｏｍ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｏｎ ｕｐｐｅｒ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｓ ｃａｒｅｆｕｌｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｒｅｌｅａｓｅｄ ＣＯＤｅｒ，ＤＯ，ｐＨ，ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
签名：名蝉 日期：鱼！！：！苎
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签名：三基地 导师签名：重至！墨日期：翌２ １：！墨
Ⅱ
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上海大学硕士学位论文
硫和氮含量较高是造成河流黑臭的主要原因之一。当河流污染较严重时，底泥 污染物释放对河水水质的影响并不明显；当河水污染程度减轻、水质改善后， 河水中污染物浓度与底泥中污染物浓度的梯度增大，底泥中污染物释放作用就 会增加，造成污染【３１。即使是发达国家在水质改善方面相当成功，对河流底泥 的控制也不容乐观，如美国国家环保总局（ＵＳＥＰＡ）在１９９８年９月的《污染沉 积物战略总报告》中指出，。在全美国许多水域，污染沉积物都造成了生态和人 体健康的危机，沉积物已成为污染物的储存库。鱼类和底栖生物从它们富集有 毒化合物进入鱼、鸟和哺乳动物体内直到有毒水平。在美国已发生的２１００起鱼 类消费问题，经多次证实污染来自底泥”［４１。２００２年，杭州西湖内源污染负荷 已经达到外来污染负荷的４１％，安徽巢湖内源污染负荷是外来负荷的２ｌ％，而 云南滇池中８０％的氮和９０％的磷都分布在底泥中ｐ】。