金山湖底泥原位修复及重金属稳定化研究ashx.pdf
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申请同济大学工学硕士学位论文金山湖底泥原位修复及重金属稳定化研究(国家“十五”863计划重大科技专项编号:
2003AA06011000402)培养单位:
环境科学与工程学院一级学科:
环境科学与工程二级学科:
环境科学研究生:
章明指导教师:
赵建夫教授副指导教师:
张亚雷副教授二oo六年三月申请同济人学工学硕士学位论文合山湖底泥原位修复与重金属稳定化技术研究摘要本文综述了底泥污染物的种类、来源并分析其对水体的危害,结合国内外底泥综合整治技术框架和进展,分析原位底泥修复技术研究的迫切性,并且,介绍异位底泥重金属稳定化技术,在此基础上对金山湖底泥进行了原位修复以及重金属稳定化技术。
研究内容如下:
首先,确定研究对象的基本性质。
本课题的研究对象是镇江金山湖生态修复示范区,经过两次采样,分别采集了底泥柱状样和表层样品,分析介绍了示范区的底泥以及间隙水的理化指标和重会属垂直变化趋势,研究表层底泥的磷形态和重金属形态,了解示范区的底泥污染状况。
研究表明,表层底泥中磷的含量达到256mgmg,成为底泥修复主要考虑的限制因子;zn的含量达到2742mg瓜g,Ni和Cd分别达到385mg,kg和48m舭g,底泥重会属污染已经需要关注。
ca(N03)2底泥原位修复技术机理研究。
通过上覆水和间隙水的变化来反应磷抑制效果,并根据底泥中磷的形态变化来探讨其机理。
研究结果表明,投加Ca(N03)2能够抑制底泥磷酸盐的释放,平均释放速率为一O596m(m2d);投加硝酸钙引起可溶性磷的减少(增长率为一238),有机磷减少263,铁磷和钙磷的增长(增长率分别为486和179),铝磷基本维持不变,铁磷和钙磷的增长(增长率分别为486和179),可能是投加硝酸钙抑制磷酸盐释放的两大主要因素。
ca02底泥原位修复技术机理研究。
通过两种不同投加方式(caO:
覆盖和Ca02混匀)引起不同磷抑制效果的分析,结合底泥磷的形态变化找出最佳的Ca02投加方式。
研究结果表明,在实验室条件下,不同ca02投加方式对底泥磷酸盐释放控制效果截然不同;水体溶解氧的变化是Ca02不同投加方式引起控制磷释放不同效果的外在原因;Ca02混匀条件下铁磷先增加后减少,而ca02覆盖条件下铁磷持续增加,对应着各自上覆水磷酸盐的变化趋势,因此,铁磷的变化是Ca02不同投加方式引起控制磷释放不同效果的内在原因;Ca02盖能较好的控制底泥磷的释放,是比Ca02混匀更合适的投加方式。
利用CaO,Ca02以及caO+ca02(I:
I)混合作为稳定药剂,模拟酸商淋溶研究金山湖底泥重金属稳定化处理后的迁移特性。
通过迁移层数和首层迁移量来表征稳定化的效果,研究表明,稳定化处理后,重金属的迁移距离均有所缩短首层迁移量也都有所减少,说明该三种稳定化药剂对能够减少重会属在土壤中的迁移;酸雨的pH值对重金属的迁移有所影响。
申请同济人学工学烦七学位论文金山湖底、掘原位修复与章金属稳定化技术研究底泥重金属稳定化技术机理的初步研究。
研究结果表明,稳定化处理后,疏浚底泥pH值升高;TOC含量减少,Ca02减少幅度最大;zn、Ni和cd的重金属形态均发生变化,稳定态含量增加,这可能是重金属迁移能力减弱的原因。
关键词:
底泥原位修复磷形态资源化重金属稳定化II申请同济人学T学硕士学位论文金山湖蓖泥原位修复与重会属稳定化技术究ABSTRACTTheV耐etyandha舯ofcontaminatedsedimemarepresentedinthepaperCombiningwithinteFatedremediantion厅ame,theimminencyofin-situsedimentrehabilitationisaIlalyzedDeemingphosphomsasaimportaJltfactor,IcarriedoutamechanismstudyoninsitIl仃eamlenttechnicalbythemethodsofphosphorusfiacliona“onAlso,exsitudisposaltechnicalofheavymelalcontaminatedsedimenisintroducedinthepaperSeVeralwaysofheavymetalstabilizationisstudieda11dmemi掣撕ngmIeaRertreatmemisstIldiedasriskas8essmentwhendredgedsedimentisresourcedas1and印plicationCharact甜sticsofsurfacesedimems肌dc01u砌sedimentsinJinShanLakeareassessedwithmesemethodsoffieldinVestigation,monitoringsystemand1aboratorychemicala11alysisetcTheinVestigationshowsthatphosphomscontentofsurfacesedim饥tis256mg,kg,wmchbecomeVitallimitedfactorTheheaVymetalcontemisasf01lows:
Zn2742mg爪岛Ni385m卧g,Cd48mg瓜g,whichshouldpaymoreanen“ontoMechani锄ofcontrolpho印hOnIsrelease厅omsedimentbyaddingcalciumnilralewasstHdiedBasedon1aboratory-simulatedtest,chatlgesofphosphorusconcentrationinovcrlyingandporewaterweremeasuredaftercalciumnitrateinjectedTransfomlation锄ongdifrerentphosphorus疗actionsinthesedimentswasstudiedt0discussthemechaIlismofthetechniqueTheresultsshawthatphosphorusconcen仃ationinovedyingandporewaterdecreases,theaVeragereleaseVelocityofpho印homsgoesdowntoo596g(m2d)PhoSphorus厅actionsinthesedimentsv嘶ed,solublephosphateandorg越coccludedphogphatearereduc甜(238and263respectively)whileiron山oundphosphateaIldcalcium_boundphosphateareincreased(486and179respectively),butchangeofalumin啪-boundphosphatehasnotbe如observedobvjouslySo,theincreaseofjron-boundphosphateandca】cium_boufldphosph8teareconsideredas艄roprimaryreasonsI型!
堑查兰三堂竺兰垡堕苎垒生塑!
萎塑堕垡堡墨量重全昼塑室些垫查塑塑EffectandaIlalysesondifferentaddingmeaJlsofcalciumpemxidetocontroIphosphomsrelease丘DmsedimentwasstudiedinnovativelyBasedonlaboratorysimulatedtest,trendofpllosphomsconcentrationinoverlyingwasmeasuredanertwome趴sofcalciumpemxidetreatm肌t,mixingandcappingTransfonTIation锄ongdiff音rentphosphoms打actjonsinthesedimentswasstudjedtoana】yZethedistjnguishede脆ctThercsultsshowthatphosphomsconcen仃ationinoverlyingwaterpresentsdif诧remtrendanermixingandc印pingofcalciumperoxidePhosphorusconcentrationofthefornlerdecreasedatfirstandincreasedsubsequently,whilettlatofthe】attcrk印tdecreasjngandaveragereleasevelocityofphosphorusuras6077mg(m2,d)觚dO879m趴m2d)respcctiyclyThetransf0肌ationofphosphorus厅ac“onsinthesedimentsshowsthatdiversechangeofimn-boundphosphatearedeemedtocausetheebctunderdierentaddingoptionsofcalciumperoxideThetrallsporta11dtransfbmationofZn、Ni、Cdinsedimentafterstabilization(Cao,Ca02,CaOandCa02mixing)a位ctedbysimulatedacidminwereinvestigatedthrou卧soilc01uIllnexpedmentTheresultsshowedmatinconditionofthes帅eacidrainintensity,boththequaIltitiesofleachedheavymctalionsa11dttlemigratinglen型halongthesoilcolumnf0110wedmesequence:
ZnCd&Ni;柚dtheabsorptionquantityofh船Vymetalsbybackgroulldsoilfo】10wedlhesequcnce:
ZnNiCdThreefesfedwaysareconsideredasavaiJabletoconn01themetaltransponing,becausemi簪atingIen口hdecreasedTh”ewayofstabilization(Cao,Ca02,CaOandCa02mixing)wasstudiedinp印erStIldyshows:
dredgedsedimentaRerstabilization,pHincreaseda11dTOCcontentdecreasedall,buttheextentwasdifrerenteachotherMetal厅actionofZn,NiandCdwaschaIlgcd,fixednesspancontemraised,butthereisnotspccialdiffcrentonchangeextentKeywords:
Sedimenth1一Situremedia“onPhosphorusRactionsResourceMetalStabiliza廿on学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论史的规定,同意如下各项内容:
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签名:
神年;月第一章绪论11底泥污染与水体之间的关系111水体的富营养化湖泊、水库、海岸的河口、港湾等水域的植物营养成分(氮、磷等)刁i断补给,过量积聚,致使水体营养过剩的现象称为水体“富营养化”。
由于水体中营养物质过多,水生生物(主要是藻类)大量繁殖、藻类的呼吸作用及死亡藻类的分解作用消耗大量的氧,致使水体处于严重的缺氧状态,并分解出有毒物质,从而给水质造成严重的不良后果。
富营养化虽然是一个自然过程,但人类的活动(如大量生活污水直接排入水体,渔业活动投加过量饲料等)会加速这一过程,这种情况下的富营养化称为人为富营养化。
富营养化发生后,将先引起水底有机物消耗速度超过其生长速度,处于腐化污染状念,并逐渐向上层扩展,在严重时可使一部分水体区域完全变为腐化区。
这样,由富营养化而引起有机物大量生长的结果,倒过来又走向其反面,藻类、植物及水生物、鱼类趋于衰亡以至绝迹。
这些现象可能周期性地交替出现,破坏水的生态平衡并且加速湖泊等水域的衰亡过程。
湖泊的富营养化如不及早进行治理,最终将导致沼泽化使湖泊消亡。
112底泥主要污染物水体底泥污染是一个世界范围内的环境问题。
随着社会经济的迅速发展,工农业生产水平的不断提高,大量的工业废水,生活污水及各种非点源污染进入到水体中,将大量的颗粒物,絮体和污染物带入到水体123】。
这些颗粒物,絮体,污染物相互吸附,络合,反应,并在适当的外部条件下沉积到水体底部,就形成了受污染底泥【4】。
各种污染物在底泥中不断累积富集,导致底泥受到严重污染,使底泥中的重金属,难降解有机物(POPs)等污染物的浓度往往要比上覆水体中相应污染物的浓度高几个数量级pJ。
底泥中的污染成分较复杂,主要包括:
-营养元素。
经各种途径进入水体的N,P等营养元素,相当一部分沉积到底泥中。
水生植物的生长会吸收部分营养成分,其余大部分仍与水体保持动态平衡。
当水体污染源得到一定控制后,N,P则可能主要来自底泥中请周济大学丁学硕士学位论文套山湖底泥鲰位修复与莺会属稳定化技术圳究的释放,这将加速富营养化水体的富营养过程,这一点在我国的主要湖泊:
如太湖【6】,滇池【7】,巢湖和西湖81等都表现地越来越严重。
N,P的释放机制并不相同。
前者取决于氮化合物分解的程度,而后者与其化学沉淀的形态有关一l。
_重金属。
重金属通过吸附、络合、沉淀等作用而沉积到底泥中,同时与间隙水及上覆水体之间保持一定的动态平衡。
当环境条件发生变化时,重金属极易再次进入水体,成为二次污染源。
重金属进入再次进入水体的难易程度与底泥中重金属形态分布密切相关,目前很多研究者(foJ采用Tessier法把重金属分为五种不同的形念:
可交换态,碳酸盐结合念,铁锰氧化物结合态,有机结合念,残渣念。
其中可交换态的迁移性最强,毒性也最大。
_难降解有机物。
PAHs,PCBs等有机物由于其疏水性强,结构稳定难降解,在底泥中大量积累。
这些物质在沉积物水界面之间的迁移转化作用进入水体,并通过复杂的污染生态化学过程,即在气一水一生物一底泥等多介质环境体系中迁移,转化和暴露,通过生物富集作用,在生物体内达到较高的浓度,通过食物链还可能危害到人类,从而对人类构成较大的潜在危险l。
113底泥与水体富营养化之间的关系湖泊底泥是湖泊生态系统的重要组成部分,是营养物质的重要蓄积库,也是湖泊内源性营养盐的主要来源。
不少湖泊调查资料表明:
当入湖营养盐减少或完全截污后沉积物营养盐的释放作用仍会使水质继续处于富营养化状态甚至出现“水华”。
当底泥污染较严重时,底泥污染物释放对上覆水质的影响不明显,当水体污染程度减轻、水质改善后,污染物梯度加大,底泥中的营养盐释放就会增加,造成污染。
沉积物中营养盐的释放对水体的营养水平有着不可忽视的影响,其中,P是造成湖泊水质富营养化的关键性的限制性因素之一【l。
”】。
114污染底泥综合整治技术模式正是由于沉积物的重要环境影响,沉积物,尤其是受污染沉积物,以成为世界性的一个环境热点问题。
美国环保局(USEPA)针对五大湖流域水体底泥中普遍存在着的重金属(Hg,Pb,cd,As等)和难降解有机物(PAHs,PCBs等)的污染51开展了受污染底泥评估和综合整治项目ARcs(Assessmentand2申请同济大学T学硕十学位论文盒山湖底泥原位修复与重金属稳定化技术研究RemediationofContanlinaIedsedimentsProgram)【2J其他国家如荷兰,日本,瑞典,德国以及中国等都为解决受污染底泥做了大量的研究工作【“_1”。
底泥的污染归根结底是对水体的污染和底栖生物的危害。
如果能消除其对水体和底栖生物的作用,就能有效的降低污染底泥的环境影响。
因此,底泥污染的控制可采用原位处理的方法阻止污染物在生态系统中的迁移,也可采用
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