底泥-上覆水界面污染物释放机制的数值模拟

当外源污染受到控制后, 河流与湖泊底泥中的污染物可能会引起上覆水的再次污染. 在上覆水流动不致底泥起动悬浮的条件下, 数值模拟了底泥中污染物在底泥-上覆水界面向上覆水释放的机制. 采用k-ε模型计算了上覆水的湍流流动, 并采用 Darcy 定律描述了多孔介质中的渗流, 这里底泥被看成是各向同性均匀多孔介质; 耦合计算了上覆水和底泥中孔隙水的定常流动, 并基于流场计算结果, 数值计算了非定常溶质迁移扩散过程; 数值研究了平整底泥-上覆水界面以及底泥-上覆水界面为周期性三角状时, 污染物由底泥向上覆水释放的规律. 研究结果表明, 底泥中孔隙水与上覆水的交换是决定底泥中污染物向上覆水释放量的重要因素.     

文思湖底泥污染物覆土缓释可行性研究

通过实验室模拟研究了覆土法对三峡大学文思湖底泥中污染物缓释的可行性.通过监测上覆水体中总氮、总磷和有机质浓度水平监控底泥中污染物释放过程,发现底泥覆土之后上覆水体中总氮、总磷和有机质浓度水平均显著降低,与覆土材料自身向上覆水体释放的氮源、磷源和有机质浓度水平相当.结果表明,覆土可以明显抑制底泥中污染物向上覆水体的释放,因此通过覆土以抑制底泥污染物释放可行.     

底泥二次污染的研究现状

底泥污染已经成为世界范围内的一个重要环境问题,底泥中的营养盐和污染物在上覆水发生变化时会重新释放再次进入水体形成二次污染,对水质及周围环境造成严重影响.文章综述了底泥中氮、磷、重金属的释放机理、影响因素及一些常用的研究方法.     

水体泥沙污染物起动再悬浮释放的物理过程和影响因素

水流流动、泥沙运动与污染物迁移转化之间存在较强的相互作用,形成了一个彼此紧密联系的综合环境系统.复杂水动力条件使得沉积底泥和悬浮泥沙对水环境的影响体现为一种动态耦合的综合效应.采用室内水槽实验研究了污染物通过底泥的静态扩散释放、泥沙起动再悬浮释放以及随悬浮泥沙的紊动释放3种主要方式进入水体的物理过程.结果表明,底泥沉积物可以依据颗粒特征分为泥质和沙质两种不同的底质;颗粒粒径、孔隙率和初始污染物浓度是决定底泥-水界面污染物静态释放特性的主要因素,并由此建立了沉积物中污染物总量的衰减公式,其衰减时间与污染层厚度、密度以及污染物分配系数正相关.泥沙污染物起动再悬浮释放过程大致上可以分为起动初期,悬浮沉降交替期和悬浮沉降平衡期3个阶段,在后两个阶段水体中污染物固液分配比值先增加后减小.基于质量守恒推导了底泥再悬浮污染物释放量的经验公式,和实验结果对比表明污染物的吸附解吸性质一定程度缓解了其释放的速率.水体中污染物的浓度分布和水流流速分布以及悬浮泥沙浓度分布密切相关,呈现出一致的变化规律.泥沙污染物的分布随着流速的增加在水体垂向上差异也变大,而水体的含沙量越大,泥沙污染物的分布反而越趋向于均匀.     

水库底泥重金属污染物静态释放规律

 为了探求水库底泥中重金属污染物的释放情况,分别对某水库表层底泥和底层底泥中重金属污染物进行静态释放模拟实验,得到了Cr、Pb、Ni、Zn和Cu 5种重金属的释放浓度曲线,并分析了释放曲线的浓度变化趋势,通过计算得出了重金属污染物的释放速率及年释放量。结果表明,该水库底层底泥中重金属污染物的释放浓度比较低,对上覆水水体水质影响较小;而表层底泥中重金属污染物的释放浓度相对较高,对上覆水水体水质影响较大;5种重金属污染物Cr、Pb、Ni、Zn和Cu在表层底泥中其释放速率和年释放量都要比底层底泥中约高一个数量级。     

固定化微生物对湖塘底泥有机污染的减量化

为研究湖塘上覆水体COD浓度与底泥有机污染物释放之间的关系,采用固定化微生物技术(IM)原位修复湖塘底泥,在实验室模拟条件下通过改变固定化微生物载体柱的设置位置、上覆水溶解氧以及上覆水p H,探讨了IM技术的最佳工艺条件;然后以湖塘水为上覆水,在最佳条件下进行验证实验,了解上覆水及底泥修复情况,并采用GC-MS技术分析修复后沉积物中有机污染物的降解情况。结果表明:最佳工艺条件为:将载体柱设置在泥水交界面,并且上覆水的溶解氧浓度和p H值分别为6 mg/L和7。最佳工艺条件下,经过一个月的原位修复,IM组上覆水水质由劣Ⅴ类变成了Ⅲ类,而对照组为Ⅳ类;同时IM组底泥的总有机质去除率达到33. 4%,并且GC-MS结果显示,与对照组相比经修复,IM组底泥样品中各种类型有机物的浓度均显著降低。     

典型环境因子对沈阳北运河底泥总氮释放的影响

以沈阳北运河为对象,采用静态模拟的方法,研究上覆水总氮浓度、p H值和温度等典型环境因子对底泥中总氮释放的影响,并采用动力学模型对实验结果进行了拟合分析.结果表明:上覆水总氮浓度和温度对底泥总氮释放过程及释放量影响显著(P 0. 05),上覆水总氮浓度越低,温度越高,总氮释放速率常数越大,总氮释放量越多.偏酸性条件下底泥释放总氮量显著低于中性和偏碱性条件(P 0. 05).研究结果为沈阳市河流污染控制及黑臭水体治理提供了重要依据.     

底泥泥质与污染物释放量的关系

为研究底泥泥质与污染物(TP、TN、COD)释放量之间的关系,采用三峡大学校园文思湖水体底泥进行静水释放实验.结果表明,在本实验条件下,有机质对底泥CODMn的释放有非常大影响;TOC对释放TN有较大的影响;TOC对底泥释放TP影响不大.因此,可以通过调节底泥泥质来抑制湖泊底泥污染物的释放.实验结果可以为文思湖的污染治理提供科学依据.     

底泥对藻源型局部黑臭水体形成的影响

在太湖局部黑臭水体易发区域竺山湾采集太湖原水、蓝藻及底泥,通过配置"底泥+湖水+蓝藻,湖水+蓝藻,底泥+湖水"三不同的试验系,监测试验过程中水体物化环境指标、致臭致黑物质及水体常规指标的变化特性,分析底泥对局部黑臭水体发生的作用.结果表明,在静态条件下,藻密度为1.0×108 cells/L的藻水中,底泥会使得黑臭水体提前发生.在致臭物质产生方面,底泥促进了典型致臭物二甲基三硫醚(DMTS)的形成及进一步转化.在致黑物质产生方面,底泥促进了硫化物的形成,增加了上覆水中硫化物及Fe2+的浓度,使得水体提前发黑,且发黑程度加重.水体发黑期间,有底泥的藻水较无底泥的藻水中硫化物与Fe2+浓度分别增加0.63mg/L和0.10mg/L.高密度蓝藻堆积消亡使得水体形成的厌氧强还原环境,诱使底泥中的营养盐等向上覆水体释放,使得水体环境急剧恶化.     

水库底泥污染物释放模拟研究

通过对底泥主要污染物稳定性实验研究及模型分析,了解底泥污染物释放对水库库区水体水质的影响,为水库底泥处置和底泥污染治理工作提供技术依据和指导性分析。通过对底泥动态释放模拟实验,对底泥中部分重金属Cd、Mn、Zn及TN、P对水体的污染程度进行了分析和预测。其结果表明:底泥中重金属Zn、Cd、Mn的释放速率及年释放量较低,对于库区水体水质影响较小;TN和P的释放速率及释放量较高,对于库区水体水质影响较大。这些结果对确定底泥的处理方案及防止底泥二次污染具有一定的借鉴意义。     

水库底泥污染物释放模拟研究

通过对底泥主要污染物稳定性实验研究及模型分析,了解底泥污染物释放对水库库区水体水质的影响,为水库底泥处置和底泥污染治理工作提供技术依据和指导性分析。通过对底泥动态释放模拟实验,对底泥中部分重金属Cd、Mn、Zn及TN、P对水体的污染程度进行了分析和预测。其结果表明:底泥中重金属Zn、Cd、Mn的释放速率及年释放量较低,对于库区水体水质影响较小;TN和P的释放速率及释放量较高,对于库区水体水质影响较大。这些结果对确定底泥的处理方案及防止底泥二次污染具有一定的借鉴意义。     

水库底泥氮释放及其好氧微生物脱氮研究

以丹江口水库为例, 考察水库底泥在不同温度、扰动和曝气等条件下, 总氮、硝氮、氨氮和亚硝氮的释放规律。设置模拟反应器, 探究高效好氧脱氮微生物强化消除水库底泥内源氮污染的效果, 并运用高通量测序技术, 分析高效好氧脱氮微生物对底泥微生物群落结构的影响。结果表明, 温度升高会减少氨氮的释放,增加硝氮和亚硝氮的积累; 水体扰动会加速底泥中氮素释放, 且上覆水中的氮素释放累积量与扰动速度成正比; 溶解氧对底泥氮素释放有显著影响, 曝气处理可以明显地降低底泥中总氮和硝氮的释放及其在水体中的累积。在反应器中底泥–上覆水界面投加高效好氧脱氮微生物Pseudomonas stutzeri (PCN-1)后, 反应器内各种形态的氮素都出现先上升、后下降的趋势; 在反应器运行的第65天, 底泥释放的总氮和硝氮的去除率分别高达75.87%和79.96%, 底泥内源氮污染得到有效的控制。对比投加菌株前后的微生物群落结构, 发现底泥中Proteobacteria, Bacteroidetes和Spirochaetes的相对丰度明显增加, PCN-1强化脱氮处理能够改变底泥的微生物群落结构。     

锦州港疏浚沉积物中重金属的吸附和解吸

通过实验室内海水浸放疏浚沉积物的静态和动态模拟实验，探讨了锦州港沉积底泥中重金属的解吸和吸附，用葫芦岛市五里河沉积物中的金属做了对比实验，进一步研究了海洋沉积物一海水间重金属交换作用，在海流的运动下，重金属对上覆水释放和构成对海洋环境的影响，港区疏浚物溶出过程中水体的极限释放浓度和平衡后浓度均未超过一类海水标准，没有造成对海水的污染问题，而五里河沉积物已形成对海水的二次污染，因此已污染的疏浚物在海洋倾倒时会造成新的环境污染问题。     

泥-水界面微孔曝气对底泥重金属释放潜力的影响

采用自行研发的泥-水界面精准布氧系统研究了微孔曝气对安徽省合肥市南淝河城市重污染河段底泥重金属形态分布以及释放规律的影响.结果表明,微孔曝气明显改变了泥-水界面物理化学环境,增加了上覆水溶解氧(DO)质量分数和pH值,特别是显著提高了表层底泥氧化还原电位(ORP).泥-水界面微孔曝气处理显著改变了表层底泥重金属形态分布特征,显著降低了酸提取态重金属质量分数,而残渣态重金属的质量分数比例均出现不同程度增加.特别是镍(Ni)的形态变化对微孔曝气反应更为敏感,曝气前后残渣态质量分数比例由39.5%上升到55.0%.与对照组相比,在试验初期,泥-水界面微孔曝气处理下底泥间隙水重金属质量分数有所增加,但随着处理时间延长,这种增加效应逐渐减弱,至曝气处理10d以后,底泥间隙水重金属质量分数较对照组均有明显下降,尤其Ni下降更为明显.泥-水界面微孔曝气导致表层底泥中酸可挥发性硫(AVS)减少,但并没有促进底泥中重金属的释放.泥-水界面微孔曝气对底泥重金属生物有效性和释放风险的抑制效应主要归功于上覆水和表层底泥DO质量分数、pH和ORP等理化环境的改变.     

水动力作用下河湖沉积物污染物释放研究进展

水动力作用会增强底泥沉积物-水界面的剪切效应,并引起上覆水和沉积物的理化性质(溶解氧、pH、氧化还原电位等)发生变化,从而影响甚至改变污染物的释放规律。鉴于水动力的重要性,对动水作用下营养盐、重金属、持久性有机物的释放机制以及影响释放过程的主要因素进行了阐述,解析了过去研究中存在的不足,指出多次水动力扰动下沉积物再悬浮以及再分配行为响应机制、水动力作用与沉积物中多种污染物释放的协同或拮抗的耦合机制、水动力与水生植物共同胁迫作用下污染物释放的微观机制以及基于复杂条件下的沉积物污染物释放动力学模型构建是本领域需进一步研究的重点。     

东洞庭湖底泥的释磷特性

为了研究东洞庭湖底泥的释磷规律,考察了pH值、温度、溶解氧、扰动等环境因子对湖泊底泥中磷释放的影响.研究结果表明,水体pH值在7左右时,上覆水体中磷浓度最小,降低或升高pH值都能使磷浓度增加;环境温度越高,上覆水体中磷浓度也越高,但变化趋势不明显;在相同条件下,厌氧环境时上覆水体中磷浓度是好氧时的5.56倍;而扰动对磷释放的影响仅是有限的短期效应.各影响因素中以溶解氧对底泥释磷影响最为显著.     

城市缓流水体底泥内源磷释放研究现状与展望

城市缓流水体中的底泥是影响水体水质的内污染源，底泥中磷的释放在外污染源控制的情况下会导致到水体的富营养化。本文总结了影响缓流水体底泥中磷释放到上覆水体的机理及各种影响因素，包括水动力条件，水环境条件和底泥环境条件，分析了当前研究的不足，并对后续的研究进行了展望。     

保障国家水安全要注意污染底泥的修复

河流湖泊等水体底泥的污染问题已引起全世界的关注。尤其是其中的有机污染物和重金属污染物,因其具有污染持久性和有毒性等特征对水体微生物、植物和动物等造成极大的危害。因此,污染底泥修复刻不容缓。本文从物理、化学和生物修复的角度探讨了污染底泥的修复办法,为国家水安全战略提供技术支持。     

梁滩河底泥间隙水与上覆水中污染物分布特征

通过2010年10月和2011年2月、7月共3次对梁滩河3个断面采样分析,探讨了表层底泥间隙水和上覆水中污染物之间的分布特征,并对间隙水和上覆水中的污染物浓度进行了相关性分析;结果表明上覆水污染的空间分布趋势为:天赐温泉童善桥土主镇;表层底泥间隙水中大部分CODcr与氮盐浓度高于上覆水,磷盐刚好相反;相关性分析表明,表层底泥间隙水和上覆水中的CODcr、TN、DTP浓度显著相关,说明间隙水中CODcr、TN、DTP的浓度是其上覆水中CODcr、TN、DTP浓度的决定因素。     

矿物对黑臭水体氮磷释放抑制及流场仿真模拟

利用片状闽东南麦饭石作为覆盖材料,对受污染底泥进行覆盖并研究其对氮磷缓释的影响,探究不同覆盖量与流速对底泥氮磷污染物的抑制效果.结果表明,当麦饭石的覆盖量达到8 kg·m^-2以上,流速不超过0.1 m·s^-1时,对底泥原位覆盖488 h后上覆水满足Ⅳ类水质标准.研究结果表明麦饭石对氮和磷的吸附过程分别符合Langmuir和Freundlich等温模型;吸附类型分别为单分子层化学吸附和多分子层物理吸附.最后根据污染物的扩散迁移规律建立一种流场-浓度场耦合模型,模型预测的氮磷释放量与实验数据的平均相对误差分别为0.235和0.010,表明该模型对氮磷释放的计算与预测是准确可靠的.