原位覆蓋法控制底泥氮釋放的研究

1、PAGE PAGE 4原位覆蓋法控制底泥氮釋放的研究李大志，張 抗，馮國勇（蚌埠學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程系，安徽 蚌埠233030）摘 要：通過模擬試驗(yàn)，研究了不同覆蓋材料結(jié)果表明：四種覆蓋材料均能有效地控制底泥氮的釋放，抑制效果從大到小依次為：黃沙紅土煤渣礫石；在試驗(yàn)設(shè)定的覆蓋層厚度范圍內(nèi)，；擾動(dòng)強(qiáng)度越大，底泥氮向上覆水的釋放量就越大；原位覆蓋法可以有效地控制底泥氮向上覆水體的釋放，但為了提高覆蓋效果，應(yīng)避免擾動(dòng)因素的影響。關(guān)鍵詞：原位覆蓋；底泥；氮；營養(yǎng)鹽Study on In-situ Capping Control Sediment Nitrogen ReleaseLI Da-zhi，ZH

2、ANG Kang，F(xiàn)ENG Guo-yong(Department of Chemistry and Environmental Engineering, Bengbu College, Bengbu, 233030, Anhui)Abstract: Different covering materials (gravel, coal cinder, laterite, sand) on in-situ capping control effect and influence factors of sediment nitrogen release were investigated in s

3、imulating condition.The results showed that: four kinds of covering materials can effectively control the sediment nitrogen release, inhibitory effect of from large to small is as follows: sand, laterite, coal cinder, gravel. In the thickness of the covering range setting in four kinds of covering m

4、aterials, with the inhibition of the overburden layer thickness increase of sediment nitrogen release were increased, but the difference of the control effect is more and more small. Disturbance can obviously improve the sediment of nitrogen release quantity, and with the increase of the turbulence

5、intensity increases. In situ-capping method can effectively control the sediment to the overlying water and nitrogen release, but in order to improve the coverage effect, should avoid the influence of the interfering factors embelishmentKey words: in-situ capping; sediment; nitrogen; nutrient salt 底

6、泥是指江、河、湖、庫的沉積物，是自然水域的重要組成部分。水中的營養(yǎng)物質(zhì)能通過顆粒物吸附、沉淀、水生生物死亡沉積等多種方式蓄存于底泥中，在適宜的條件下，又能從底泥中釋放出來，為水生生物的生長(zhǎng)提供必要的營養(yǎng)元素，從而加劇水體的富營養(yǎng)化1。原位覆蓋技術(shù)控制底泥污染是通過在污染底泥表面鋪放一層或多層覆蓋物，使污染底泥與上層水體隔離而阻止底泥中污染物向上覆水體的遷移，主要是利用覆蓋層材料和污染物之間的各種物理化學(xué)作用來對(duì)污染底泥進(jìn)行控制2，是目前國內(nèi)外具有廣闊發(fā)展前景的一種底泥污染控制技術(shù)3-4。目前，國外原位覆蓋控制技術(shù)已經(jīng)在河道、河口和近海岸等區(qū)域較廣泛的使用5-6，而我國采用覆蓋技術(shù)來控制底泥污染

7、還只停留在實(shí)驗(yàn)探索階段7，8，且對(duì)覆蓋材料的選用和施工技術(shù)缺乏系統(tǒng)的研究。本研究采用礫石、黃沙、紅土和煤渣等幾種常見、易得、廉價(jià)材料作為底泥覆蓋系統(tǒng)，通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)來研究原位覆蓋下底泥內(nèi)源氮釋放的影響，以期為富營養(yǎng)化地表水體底泥污染物的釋放控制提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)材料利用底泥采樣器采集蚌埠市珠園富營養(yǎng)化景觀水體的表層底泥樣品，送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行理化性質(zhì)分析和氮的釋放控制模擬試驗(yàn)。底泥的分析指標(biāo)包括pH值、有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷、氨氮和硝態(tài)氮，其理化性質(zhì)見表1。底泥的覆蓋材料取自人們生活環(huán)境周邊容易獲得且無污染的礫石、黃沙、紅土和煤渣。表1 試驗(yàn)底泥的主要理化性質(zhì)參數(shù)pH

8、有機(jī)質(zhì)%總氮mg/kg總磷mg/kg氨氮mg/kg硝態(tài)氮mg/kg數(shù)值7.343.093624.41697.02340.965.571.2 底泥覆蓋方案試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)對(duì)照組（不添加任何覆蓋材料），每種覆蓋材料設(shè)置3個(gè)平行試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方案見表2。表2 底泥覆蓋方案覆蓋材料無覆蓋礫石煤渣紅土 黃沙123123底泥厚度/cm444444444覆蓋層厚度/cm0444564561.3 試驗(yàn)方法將新鮮底泥置于3000mL的燒杯中，使其均勻地平攤在燒杯底部，控制底泥厚度為4cm。然后按照試驗(yàn)既定方案，在底泥上面仔細(xì)、均勻地添加礫石、煤渣、紅土、黃沙等覆蓋材料，同時(shí)設(shè)置兩組對(duì)照試驗(yàn)。用100ml容量瓶作為引

9、流器（避免加水時(shí)沖起覆蓋材料，影響試驗(yàn)結(jié)果），緩慢加入無氨水至刻度線。每隔7天取樣一次，采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法9測(cè)定上覆水中總氮的含量。2 結(jié)果與分析2.1 覆蓋材料對(duì)底泥氮釋放的影響礫石、煤渣、紅土和黃沙四種覆蓋材料，在覆蓋層厚度為4cm的情況下對(duì)底泥中氮向上覆水釋放隨試驗(yàn)時(shí)間的變化結(jié)果，見圖1。圖1 不同覆蓋材料對(duì)底泥氮釋放的影響由圖1可以看出，在四種不同材料覆蓋下底泥中氮向上覆水的釋放均受到抑制作用。在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，上覆水中總氮含量隨著時(shí)間推移而呈上升趨勢(shì)，試驗(yàn)開始時(shí)釋放速率最大，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行上升速率明顯減緩，最終釋放趨于穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)過35天的靜置釋放試驗(yàn)后，沒有覆蓋任何材料

10、的對(duì)照組上覆水中總氮濃度為5.93mg/L，分別為黃沙覆蓋、紅土覆蓋、煤渣覆蓋和礫石覆蓋底泥上覆水中總氮濃度的2.34倍、1.81倍、1.47倍和1.21倍；由此可見，四種覆蓋材料對(duì)底泥中氮向上覆水釋放抑制效果從大到小依次為：黃沙紅土煤渣礫石。這可能與礫石粒徑較大，加上形狀不規(guī)則，導(dǎo)致礫石之間存在較大空隙而使其控制效果最差；紅土由于本身具有黏性，在入水后稍微溶解表面與上覆水接觸的地方尤為致密，對(duì)底泥能起到的密封的效果；黃沙粒徑小，排列緊密，同時(shí)黃沙空隙間又存在吸附過濾的作用，所以增強(qiáng)了其對(duì)底泥中氮的釋放的抑制效果。2.2 覆蓋層厚度對(duì)底泥氮釋放的影響為進(jìn)一步探討覆蓋層厚度對(duì)控制底泥氮釋放的影響

11、，結(jié)合上述研究結(jié)果，本研究選取了黃沙和紅土這兩種覆蓋效果較好的材料進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。圖2 覆蓋層厚度對(duì)底泥氮釋放的影響由圖2可見，黃沙和紅土兩種覆蓋材料在不同覆蓋厚度條件下，經(jīng)過35天的靜置釋放試驗(yàn)后，上覆水中總氮的含量基本都趨于穩(wěn)定狀態(tài)。同一覆蓋材料在試驗(yàn)設(shè)定的覆蓋層厚度范圍內(nèi)均隨著覆蓋厚度的增加對(duì)底泥中氮的釋放抑制有增強(qiáng)的趨勢(shì)。經(jīng)過35天的靜置釋放后，覆蓋6cm厚紅土的底泥上覆水中總氮濃度為1.17 mg/L，分別為覆蓋5cm、4cm厚紅土和對(duì)照組上覆水中總氮含量的65.00%、35.60%和19.73%；覆蓋6cm厚黃沙的底泥上覆水中總氮濃度為0.97mg/L，分別為覆蓋5cm、

12、4cm厚黃沙和對(duì)照組上覆水中總氮含量的64.67%、38.34%和16.36%。由此可以看出，黃沙和紅土兩種底泥覆蓋材料在相同的覆蓋厚度條件下，黃沙覆蓋控制底泥氮釋放的效果均比紅土覆蓋效果好，但隨著覆蓋厚度的增加，兩種覆蓋材料控制效果差異越來越小。2.3 擾動(dòng)對(duì)覆蓋法控制底泥氮釋放的影響河流、湖泊和水庫等地表水體受人為擾動(dòng)因素較多，為了研究水體擾動(dòng)對(duì)原位覆蓋法控制底泥氮釋放的影響，本研究選定了以覆蓋厚度為5cm紅土的底泥為研究對(duì)象，設(shè)定了不同攪拌轉(zhuǎn)速r=0、60、110、160 r/min，每天擾動(dòng)30min，靜置24h后取上覆水測(cè)量總氮含量，結(jié)果見圖3。圖3 擾動(dòng)對(duì)底泥氮釋放的影響從圖3可以

13、看出，擾動(dòng)強(qiáng)度越大，在相同的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)底泥中氮向上覆水的釋放量越大。經(jīng)過35天的擾動(dòng)釋放，攪拌轉(zhuǎn)速r=160、110、60 r/min擾動(dòng)條件下氮的釋放量分別為靜置（r=0 r/min）時(shí)氮釋放量的2.19、1.79、1.33倍。這可能是因?yàn)榻?jīng)過了連續(xù)的擾動(dòng)，增加了底泥-水界面的氮交換，同時(shí)增加了底泥間隙水中氮的擴(kuò)散，打破了有機(jī)氮與底泥中礦物質(zhì)之間的穩(wěn)定和水體中氮的平衡，從而增加了底泥中氮向上覆水體的釋放。盡管在強(qiáng)擾動(dòng)條件下，會(huì)增加底泥中氮向上覆水體的釋放，但與沒有覆蓋任何材料的對(duì)照組相比，最強(qiáng)擾動(dòng)底泥釋氮量?jī)H為對(duì)照組的66.61%。原位覆蓋法可以有效地控制底泥氮向上覆水體的釋放，但為了提高覆

14、蓋效果，應(yīng)注意避免擾動(dòng)因素的影響。3 結(jié)論四種底泥覆蓋材料均能有效的控制底泥中氮向上覆水的釋放，抑制效果從大到小依次為：黃沙紅土煤渣礫石。四種覆蓋材料在試驗(yàn)設(shè)定的覆蓋層厚度范圍內(nèi)均隨著覆蓋厚度的增加對(duì)底泥中氮的釋放抑制呈增強(qiáng)的趨勢(shì)，但隨著覆蓋厚度的增加，控制效果的差異越來越小。擾動(dòng)對(duì)覆蓋法控制底泥氮的釋放有明顯的影響，擾動(dòng)強(qiáng)度越大，在相同的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)底泥中氮向上覆水的釋放量就越大。原位覆蓋法可以有效地控制底泥中氮向上覆水體的釋放，但為了提高覆蓋效果，應(yīng)注意避免擾動(dòng)因素的影響。參考文獻(xiàn)：1 張錫輝.水環(huán)境修復(fù)工程學(xué)原理與應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：48-512 朱蘭保，盛蒂.污染底泥

15、原位覆蓋控制技術(shù)研究進(jìn)展J. 重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，30(3)：38-41，55.3 朱廣偉，陳英旭，田光明.水體沉積物的污染控制技術(shù)研究進(jìn)展J.農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2002，21(4)：378-380. 4 Liu C H，Jennifer A J，Raveendra I，et al. Capping Efficiency for Metal-contaminated Marine Sediment under Conditions of Submarine Groundwater Discharge J. Environmental Science and Technology，2001，35：2334-2340.5 敖靜.污染底泥釋放控制技術(shù)的研究進(jìn)展J.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2004，30( 126)：29-35. 6 Palermo M R. Design consideration for in-situ capping of contaminated sedimentsJ.Water Science and Technology，1998，37: 315-321.7 童昌華，濮培民.水生植物控制湖泊底泥營養(yǎng)鹽釋放的效果與機(jī)理J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科