雁鸣湖沉积物磷释放的影响因素与控制措施研究

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随着城市经济和社会的快速发展,各行各业产生的废水输入城市河流,河流水体受到严重威胁,可能会产生水体富营养化现象,破坏湖泊生态平衡,为此,本文选取西安市东南郊的雁鸣湖进行研究,对其2号湖进行了现场水质和湖泊沉积物营养盐的监测,通过室内模拟试验探究了风浪扰动、沉积物自身粒径单因子作用下以及与温度、pH、溶解氧交互作用下对沉积物磷营养盐释放的影响规律,又在该湖泊磷营养盐含量较高的背景下,探索了三种廉价且易获得的锁磷材料对湖泊水体以及沉积物磷物质的控制效果,得出锁磷效果较好的材料。主要研究成果如下:(1)在对雁鸣湖2号湖2021年环境因子和水体磷营养盐的监测时间段内,各环境因子中水体整体呈中性偏碱,pH值平均为7.75,水温不存在明显的分层现象,溶解氧夏秋季较低,春冬季相反,全年在0.69~3.70mg·L-1之间;上覆水中TP含量最高,平均为0.08mg·L-1,TP含量处于地表水环境质量标准Ⅲ~Ⅳ类之间;间隙水中磷含量明显大于上覆水中的对应值;沉积物中TP的平均含量为852.03mg·kg-1,夏季沉积物TP含量偏高于冬季含量,全湖各监测点沉积物TP含量在空间上没有明显的差异。(2)采用室内试验得出,扰动使水体中各种形态磷的含量均升高,且扰动频率越大其含量越多;TP和PP含量随扰动频率的变化趋势较为明显,沉积物向上覆水释放的形态磷主要为PP,占比达57.1%~93.9%,SRP占释放磷总量最少,为1.5%~4.9%;五种形态磷与扰动频率均呈现显著的正相关关系;五种形态磷的含量均随沉积物粒径的增大而增多;占比最小的是PP含量,约为7.32%~14.68%,说明沉积物粒径大小对其释放量影响最小;同时得出扰动力度和沉积物粒径分别与TP、DTP、SRP、PP与DOP含量的最优拟合函数和最优拟合曲线。(3)通过室内模拟试验探索温度、pH、溶解氧、扰动力度和沉积物粒径交互作用下沉积物中磷营养物质的释放规律得出,五种环境因子交互作用下沉积物向上覆水释放TP和SRP含量的影响大小均表现为扰动力度影响力最大,pH和溶解氧次之,沉积物粒径和温度最小;单个环境因子对沉积物TP和SRP的释放影响规律一致,均表现为随溶解氧的升高而减少,随温度的升高而增多,随扰动力度的增大而增加,随沉积物粒径的减小而减少,pH呈中性时释放量最小的“V”字形变化趋势。雁鸣湖2号湖的TP和SRP释放量均呈现为夏季6、7月份时TP和SRP释放量最大,全年TP和SRP释放量分别为3.123t、0.877t。(4)采用粉煤灰、海绵铁和生石灰三种锁磷材料对雁鸣湖上覆水和沉积物进行室内静态试验,得出三种材料单独作用时,海绵铁的锁磷效果最佳,上覆水TP去除率为70.33%,抑磷率平均值为4.5%,粉煤灰次之,锁磷效果最差的材料是生石灰;采用粉煤灰和海绵铁两种材料组合作用时,得出当二者混合配比为1:1时,锁磷效果最佳,上覆水TP去除率为65.7%;对两种最佳材料进行对比,得出针对本研究对象雁鸣湖,其水质污染控制选择单独使用海绵铁材料进行底泥覆盖效果更佳。
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