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[硕士论文] 杨婷
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:近些年来,焦岗湖大力发展旅游业和渔业养殖,导致湖体水质下降,区域湿地面积不断减少。本文通过对焦岗湖及其入湖水体污染特征进行研究分析,了解焦岗湖及其入湖水体污染现状,并对入湖水体及其周边采样区域进行空间相关性分析,了解周围沟渠对焦岗湖水体污染的影响,为其生态系统修复与保护提供数据基础。
  本研究通过2016年丰水期和2017年枯水期对焦岗湖入湖口水体进行采样分析,了解其重金属、氮磷、离子、叶绿素a、化学需氧量污染特征以及各种碳含量浓度水平,研究入湖水体目前的污染状况;通过平水期对焦岗湖入湖沟渠支流水样进行降雨前、后采集、分析与监测,了解焦岗湖周围沟渠支流对焦岗湖入湖水体水质污染的影响。通过研究,得出以下几点结论:
  1.焦岗湖入湖水体重金属含量较低,大部分点位水体重金属含量均达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的Ⅰ类水标准,少数点位处于Ⅱ类水平;铁、锰含量在丰水期均高于地表水环境标准中规定的限值0.3mg/L和0.1mg/L,铁含量在枯水期也超过了该标准。焦岗湖入湖水体离子污染较小,离子含量波动不大,在水体中都比较稳定。氟离子维持在《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的Ⅰ-Ⅲ类水平,氯离子和硫酸根离子浓度等都在地表水规定限值250mg/L以内;枯水期硝酸根离子和硫酸根离子浓度远高于丰水期。
  2.丰水期氮磷含量基本高于枯水期。丰水期各采样点总氮含量都超过了国家地表水Ⅲ类标准,大部分都处于Ⅳ类和Ⅴ类之间;枯水期各采样点水质略优于丰水期,除少数点位外,基本处于Ⅳ类水平。丰水期所有采样点位总磷含量均远远高于地表水Ⅴ类标准,而枯水期除有小半部分点位达到Ⅴ类水标准外,其他点位均为Ⅲ类或Ⅳ类水。
  3.枯水期叶绿素含量明显低于丰水期,基本维持在0.025mg/L左右,仅少数点位略高一点,而丰水期叶绿素含量较高,在0.049~0.219mg/L之间;所有点位化学需氧量均超过了20mg/L,水质基本维持在地表水Ⅳ类和Ⅴ类;总碳和总无机碳空间分布相似,无机碳占总碳含量的85%以上。
  4.焦岗湖入湖水体水质主要影响因素是氮磷营养盐,所有采样点位的丰水期营养水平均较枯水期高。丰水期焦岗湖入湖区域基本处于中度富营养化水平,而枯水期焦岗湖入湖区域基本处于轻度富营养化水平。丰水期时靠近湖中心的区域,富营养化程度要低于靠近入湖口区域,而枯水期时则正好相反。
  5.焦岗湖水体中氮含量总体维持在地表水Ⅳ类水平,其来源支流主要有:湖体西南方向的南中心沟、湖体东北方向的丁家沟及关沟。通过莫兰指数空间自相关分析可知,焦岗湖周围沟渠水体对湖体氮污染有较大影响,特别是降雨之后,这种影响作用更强。
  6.焦岗湖总体磷含量较高,总磷达到地表水Ⅴ类标准,污染主要来源于湖体水产养殖,除丁家沟和关沟外,其他支流贡献不大。和氮含量相似,通过莫兰指数空间自相关分析可以确定焦岗湖周围沟渠水体对湖体磷污染有一定加重作用,特别是降雨之后,这种影响作用更强。
  7.焦岗湖水体中的污染物主要来源于水产养殖污染、居民生活污染、畜禽养殖污染以及农业面源污染,工业废水污染较小;周围沟渠对焦岗湖污染产生较大影响,在进行焦岗湖生态保护时应特别注意控制外源污染进入湖体,从源头控制污染;入湖水体目前出现的主要问题是轻度富营养化,需对其采取一定的水体恢复与防治措施。
[硕士论文] 刘顺
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:据统计,对全国295座的城市搜查中,其中218座城市被确定有黑臭水体存在,占比近74%,仅剩77座没有排查到黑臭水体。为了控制这一的态势,国务院制定了《水污染防治行动计划》(简称“水十条”),要求到2030年,对七大重点流域中水质控制中,水质优良比例需基本达到75%以上,城建区内黑臭水体基本得到消除。
  铜陵市翠湖兼具“河、湖”属性,因雨污分流不彻底而导致雨水与生活污水夹杂垃圾、淤泥、油污等直接排入翠湖,造成水体严重污染。本课题以铜陵市翠湖为研究对象,从城市河湖生态修复的角度出发,对铜陵翠湖实施截污、清淤、生态净化等工程,并对工程效果进行评价,为类似条件下的城市污染水体修复治理提供了借鉴。主要成果体现在以下四个方面。
  (1)以生态环境学和建设工程学的相关理论为基础,以生物-生态修复技术的集成为手段,通过工程实施与水环境质量监测,初步构建了符合翠湖水体污染特征的生态修复工程技术体系。该体系以生态净化为核心,综合运用各种修复手段协调治理,协同修复城市污染水体。
  (2)针对来自城市上游的外源污染,综合运用各种物理工程手段,包括机械拦污工程、环湖截污工程、高效的雨污水处理工程等;针对河湖本身的内源污染,构建了水生植物与水生动物相适应的生态体系;针对翠湖所处环境特点,营造了与景观相适应的清水型生态平衡体系。这些体系与技术可有效的去除污水中80%的悬浮固体和油污以及50%以上的COD和BOD,有效降低翠湖主体湖面NH3-N、TP、CODcr等指标浓度,最低含量分别达到1.39mg/L、0.189mg/L、8.5mg/L,同时提高了水中的溶解氧,最高含量达到6.36mg/L。此外,同一地点污染物去除效果呈现出TP>NH3-N>TN>高锰酸盐的规律,污染物去除效果显著。
  (3)利用多种水质评价方法对翠湖水质监测数据进行评价,结果表明:单因子指数法显示TN和CODcr等指标达到地表V类水标准;内梅罗指数法显示主体湖面属于轻度污染,部分地区甚至接近尚清洁等级;综合污染指数法显示主体湖面的综合污染指数稳定在1.7左右。总体情况为水质由原来的劣V类,变为地表水V类水质,另外,如部分地区的TP、CODcr和NH3-N等指标,可以达到地表水Ⅲ类标准。
  (4)实践结果表明,翠湖生态修复技术具有多重作用。首先能显著削减城市上游流入翠湖的污染物浓度,改善城市河、湖水质,具有净化水质的作用;其次是水生动植物培育以及微生物的投放,丰富了生物多样性,同时增强了生态系统的稳定性,具有良好的生态效应;此外,翠湖修复工程的实施,避免了老城区的大规模改造,社会经济效益明显。
[硕士论文] 赵坤
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:相比于普通道路,城市主干路是一个相对密闭的场所,频繁的交通活动使其径流污染严重,高密度住宅区、商业区道路也因城市人口密度的增加造成路面积累较多的污染物质,由于路面径流中SS、COD和N、P营养物质等含量较高,对路面径流污染特征进行分析,以实现路面雨水污染控制与收集利用。
  基于此,本文选择重庆市某主干道路、某高密度住宅区和某商业区道路为研究对象,分析其路面雨水径流污染特征和污染初期冲刷效应,探讨了污染物的相关性以及污染物与下垫面特征、季节的关系,然后通过实验研究了新型多孔纤维棉技术、组合式生物浮岛技术、景观调蓄池回用技术对路面雨水径流污染的控制效果。在实验与理论分析的基础上得到以下几个结论:
  ①通过水质监测表明:某主干道雨水径流、某高密度住宅区道路雨水径流和某商业区道路雨水径流的污染程度较为严重,普遍高于《地表水环境质量标准(GB3838-2002版)》Ⅴ类水指标,且远超过回用水标准,道路雨水径流污染物SS、COD、TN、TP的初期浓度都较高,其中以SS、COD污染程度最重,初期浓度最高,应重点控制SS和COD。
  ②对相关性分析,表明污染物SS与COD、TP、TN具有明显的相关性,相关性SS~COD>SS~TP>SS~TN,某高密度住宅区道路污染物相关性高于某主干路污染物相关性,对下垫面类型进行分析,可能由于污染物来源不同,导致了某主干道的SS和TN浓度明显高于某高密度住宅区道路,TP和COD浓度明显低于某高密度住宅区道路,对季节分析,表明重庆市春、秋季污染物SS、TN、COD明显高于夏季。
  ⑧研究不同技术的控制效果,结果表明:一种自制的多孔纤维棉装置对COD、SS的去除效果高于TN、TP,可以较好的运用到市政道路设施中,但因堵塞出现不同程度的流量衰减,过滤30min时流量衰减基本趋于了稳定,对最佳滤速分析,表明其对污染物SS去除的最佳滤速为2.6-3.3mm/s,对TN、TP去除的最佳滤速为2.8-3.2mm/s;某雨水塘运用了组合式生物浮岛技术,在5个换水周期下对浊度、氨氮、TN、TP、COD的平均去除率分别达到67.2%、73.8%、14.8%、35.7%、35.14%,污染物的去除率可能与植物的生长过程有关,随着植物的生长,后期浊度、氨氮、TN、COD去除率有明显的提高;某会展公园景观调蓄池对污染物TN、TP、COD均有较好的控制效果,其回用水水质均达到景观回用水规定。
[硕士论文] 涂婷
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:傍河水源地紧靠河流,地下水量充足且水质较好,在中国北方地区的供水中普遍采用。地下水污染后极难处理,使得地下水的污染防重于治。因此,地下水污染风险的准确评估是水源地维持良好供水的关键,这对于水源地地下水的污染防治具有重大意义。本研究基于污染源-路径-地下水风险全过程控制的思路,对武烈河流域地下水水源地的污染源进行了识别,并基于污染源识别的结果,对地下水中的特征污染物进行了溶质运移模拟,针对模拟的结果对水源地健康风险进行了评估。研究成果如下:
  (1)根据武烈河流域傍河地下水水源地的现场调研及资料收集,研究区内的污染源主要有地表水、非正规垃圾场、工业污染源、畜禽养殖场等。其中,由于水源地主要开采浅层地下水作为饮用水源,地表水水质对于地下水水质的影响较大。对傍河水源地地表水和地下水的水质进行检测分析,水源地保护区内地表水水质良好,目前暂未对水源地地下水造成污染。通过近几年地表水和地下水水质相关性分析可以看出地下水与地表水中pH值、铜、锌、挥发酚、高锰酸盐指数、氨氮、阴离子合成洗涤剂、氟化物、总氰化物、总砷、硒、镉、六价铬、铅等指标总体变化趋势是一致的,其中高锰酸盐指数、氨氮等指标的浓度变化明显,地下水水质与地表水水质息息相关。
  (2)利用GIS对武烈河流域傍河地下水水源地水文地质等资料进行数据提取整理,插入到GMS的MODFLOW模块中建立水源地地下水流模型。然后运用GMS中的MODPATH模块和GIS相结合,对取水井与水源地周围的非正规垃圾场、各类小型工厂、畜禽养殖场等之间的路径关系进行了的溯源追踪模拟。再结合层次分析法对水源地污染源进行了危害性排序,危害风险排序结果为:非正规垃圾场>小型工厂>畜禽养殖场,水源地东北部的非正规垃圾场对取水井水质影响最大。
  (3)基于以上研究结果,选取非正规垃圾场地下水中氨氮、汞、氟化物、挥发酚为特征污染物,运用GMS中的MT3D模块对污染物进行20年的溶质运移模拟。从模拟结果可知,非正规垃圾场地下水中的污染物经过10年运移逐渐扩散到水源地取水井周围,由于水源地取水井的长期大量开采,形成了地下水位漏斗,使得污染物在水源井处堆积,浓度逐渐增加,对水源地取水井水质产生了影响。随后污染物又跟着水流继续往南扩散,使得取水井处污染物浓度不再继续增加。从模拟的第15年左右至模拟结束,取水井处污染物浓度处于一个波动的平稳状态。针对水源井出现的地下水位降落漏斗,建议后续可以通过合理开发地下水资源,控制开采量,做到采补平衡,或者进行人工回灌,发展节水型工业、农业和增加开采深度等来进行调控。
  (4)在数值模拟结果的基础上,采用美国的健康风险评价模型对水源地未来的健康风险进行预测。主要考虑研究区污染物通过饮食途径对人体健康产生的危害。从模型计算结果可知,未来20年内研究区成人的健康风险值和儿童的风险值都小于人体健康最大可接受的风险水平(5.0×10-5a-1),处于可接受的范围之内,说明水源地水环境健康风险状况良好。建议加强对垃圾场范围内的地下水监测,或者将其清理搬迁,或者建立有防渗处理的正规垃圾场,避免污染物继续入渗对地下水造成严重污染,减少水源地取水井的安全隐患。
[博士论文] 周颖
生态学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:面源污染是导致水环境恶化的主要原因,威胁着人类的生产生活安全。面源污染的产生,运移和最终的输出与众多因素相关,包括水文状况、地形条件、景观配置等自然环境因素,以及人口分布、人为污染投入等与人类活动相关的要素。对于面源污染的研究常在流域尺度上展开,理解流域面源污染季节性特征对流域水文及环境要素的响应过程,对流域水质预测建模具有重要意义;估算流域养分收支,评估流域人为污染投入对面源污染输出的影响,为流域水质管理和有效防控面源污染提供可靠的科技支撑。
  丹江口水库作为饮用水源地,其水质问题备受关注。本文选取丹江口库区胡家山小流域及9个入库支流流域,基于研究区地形、土壤、气候、土地利用、社会经济数据等资料,结合野外实地调查、流域常规监测,借助遥感和地理信息系统等信息技术手段,运用景观格局分析、偏最小二乘回归模型、养分平衡、人类净氮输入模型、通径分析等多种方法,从多角度开展了面源污染的相关研究,构建了面源污染物输出对流域水文、环境背景特征的响应模型,明确了影响污染物输出季节性差异的主控因子,估算了流域养分收支情况,评估了流域各项污染物来源输入对流域面源输出的贡献情况。本文取得的主要结论和成果如下:
  (1)通过胡家山小流域各支流出口处长期连续的定点监测氮磷等水质指标,探明了丹江口水库流域面源污染特征。2008年至2015年间总氮浓度变化范围为0.38mg/L~7.18mg/L,其中2008年总氮浓度最高,平均值5.06mg/L,之后的总氮浓度逐年呈下降趋势。总磷浓度变化范围为0.02mg/L~0.53mg/L,2008年总磷平均浓度为峰值(0.27mg/L),之后的5年总磷浓度整体呈下降趋势,2010年总磷平均浓度为最低水平0.03mg/L。胡家山小流域主要水质特点为高氮低磷,自监测以来水体质量逐渐优化。总氮浓度在枯、丰水期有明显差异,而总磷浓度无显著季节性差异。
  (2)硝态氮是胡家山小流域氮的主要输出形式。2008年至2012年间硝态氮丰水期浓度高于枯水期浓度,丰水期平均值为2.07mg/L,枯水期平均值为1.79mg/L。运用水文模拟及监测数据估算不同季节的硝态氮通量,所有水样的平均硝态氮通量表现出极显著差异(p<0.001),枯水期硝态氮通量范围为0.05kg/ha至3.75kg/ha,丰水期通量较高,平均值为4.23kg/ha。
  (3)胡家山小流域不同季节硝态氮输出的主控因子存在差异。提取胡家山小流域内15个嵌套子流域的水文景观特征,构建流域特征因子与不同季节硝态氮浓度及通量的偏最小二乘回归模型,定量解释不同季节硝态氮输出对流域环境因子的响应。硝态氮年均浓度和通量的主控因子均包括林地、农地和居民地面积比,其次有径流指数(RC)、坡度(SLOPE)、坡度方差(SGV)、沿水流路径的高程差(FPG),以及最大斑块指数(LPI)和分裂指数(SPLIT),但各因子对于硝态氮浓度或通量的贡献排序并不相同。水文条件类因子的降雨量(RAIN)、径流浮动指数(FI)和基流指数(BFI)仅对硝态氮通量的变化表现出明显的作用,对枯、丰水期的硝态氮贡献具有显著性差异。
  (4)作物种植类型、施肥方式影响流域养分收支情况,决定了面源污染的程度。在实地农户调查的基础上,确定典型小流域氮素输入与输出的多条路径,运用养分平衡模型,估算小流域氮素收支情况。胡家山中部的五龙池小流域上半年和下半年种植的作物类型不同,烟叶、油菜种植区是氮素盈余的最大区域,玉米种植区为氮素亏损的最大区域。耕作方式、施肥情况、种植结构都在一定程度上影响着流域养分盈亏状况。
  (5)人为污染投入对面源污染的产生具有决定性作用。结合丹江口9个入库支流流域社会经济等统计数据,运用人为净氮输入量模型(NANI)估算各类氮素来源。结果表明每个流域在五年间输入量相对变化不大,但各流域的主要输入源明显不同。整体上,入库支流流域的主要人为来源是化肥施用和食品/饲料净氮投入,在NANI中分别占比42.0%和41.8%,其次是大气沉降和生物固氮,分别占NANI值的11.7%和4.5%。入库支流流域约有14%的氮输入量由河流输出,剩余氮素储存在流域中,或者以气体形式重新进入大气中。NANI四个组分对氮输出的直接作用(直接通径系数)分别为0.148,0.593,0.358和0.357,此外各组分会通过其他变量表达出对氮输出的间接作用,可用间接通径系数表征。
[硕士论文] 刘梦一
土木工程;市政工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:城市化进程加快,不透水地面面积比例显著提高,使城市污染物冲刷加剧,大量城市径流携带污染物排入受纳水体,造成水体污染。在目前点源污染污染治理已经颇见成效的环境下,地表径流污染引起的非点源污染已经成为了水环境污染的重要污染源。为了从源头上控制非点源污染,LID(低影响开发)已经成为了国内外非点源污染治理的主要应对措施。本文选择重庆市秀山土家族苗族自治县某区域作为研究区域,监测分析了降雨径流水质及其污染特性,分析了LID改造措施对污染物的削减效应,并运用SWMM模型模拟不同重现期下现状LID改造和LID优化方案对污染物的控制效应,取得的主要成果如下:
  (1)秀山县不同下垫面降雨径流的污染物浓度随降雨历时变化规律各不相同,不同下垫面、不同场次降雨的水质变化范围、峰值形成的时间等变化规律均有所不同,但总体趋势是随着降雨历时的增加,污染物浓度在短时间内达到峰值后逐渐降低并趋于稳定。污染程度最严重的是渝秀大道西段的降雨径流,污染程度最低的是则屋面降雨径流。同时,污染物之间存在一定的相关性,其中COD与TSS及TP与TSS浓度相关性较好,而NH3-N与TSS浓度相关性较差。
  (2)5种不同下垫面中,各污染物EMC(Event mean concentration)平均值最大的是渝秀大道西,并且远大于其他几种下垫面,TSS、COD、NH3-N和TP的EMC平均值分别为810.73mg/L、189.63mg/L、0.56mg/L和0.20mg/L,污染严重。屋面径流可达地表水Ⅲ类水质标准,而渝秀大道西、渝秀大道东、居住小区、广场均未达到地表水Ⅴ类水质标准,主要污染物为COD。各下垫面的污染物均发生了一定程度的初期冲刷效应,但均不显著。降雨强度、前期晴天数、下垫面类型均对地表降雨径流污染物产生影响,其中降雨强度和下垫面类型影响较大,前期晴天数对定期清扫的下垫面影响较小。
  (3)生物滞留带对TSS、COD、NH3-N和TP平均去除率分别为83.81%、77.99%、53.80%和46.65%,其中NH3-N和TP在降雨过程中均出现出水浓度高于进水浓度的情况。雨水花园对TSS、COD、NH3-N和TP平均去除率分别为63.52%、57.98%、46.35%和37.55%。并且污染物的去除率波动较大,特别是TP瞬时的去除率在-11.31%至81.08%范围波动。
  (4)SWMM模型模拟结果表明,采用LID措施(生物滞留9.49%、雨水花园0.26%;透水铺装9.33%、植草沟1.66%)对育才中学进行改造后,对不同污染物负荷均有削减效果,其中,对TSS削减效果最好,在重现期(P=10a)下削减率高达56.17%,随着重现期的增加,削减率逐渐下降。为进一步提高污染物削减率,对现状LID进行优化,结果表明(生物滞留带12.38%;雨水花园0.26%;绿色屋顶26.59%;透水铺装18.66%;植草沟1.66%)对污染物和径流量的削减能力均有所增加,TSS削减率最高达到67.41%,但增加效果有限,需考虑实际工程经济等问题进行综合考虑。
[硕士论文] 赵启桐
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:近几年危险化学品泄漏事故频发,泄漏事故发生后由于处置不及时或处理能力不足常常会导致危险化学品向土壤中或者地下水环境中扩散,从而对泄漏地区附近人民群众的生活和饮水安全造成潜在危害。
  目前,对于土壤和地下水环境中的溶质扩散的预测主要是依靠数值模拟的方法。在发生危险化学品泄漏时,为了预测在一段时间内危险化学品迁移扩散的距离和范围,需要根据现场实地的水文、地质、地貌等情况建立模型,分析污染物扩散情况。但该方法通常也存在一定局限性,这是因为实际的水文、地质情况往往比较复杂,建模工作需要通过大量调研和分析相关的水文、地质条件和数据,周期长效率低,对于事故发生后的短期处理,难以提供具有时效性的帮助。
  本文将地表以下环境分为非饱和、饱和两种情况,首先进行非饱和态下溶质扩散的土柱实验和饱和态溶质扩散的土柱实验,将实验结果分别与采用HYDRUS和GMS得到的模拟结果对比,发现非饱和及饱和情况下的两者相对误差基本在10%以内,验证了模拟中所使用的模型的可靠性。
  分别利用HYDRUS和GMS模拟非饱和以及饱和环境中稳态降雨、定水头边界,以及其他条件下的溶质迁移过程,定义了溶质扩散过程中的五个关键时间点,根据这五个时间点可以得到溶质扩散的基本规律,并将以上时间节点与溶质的迁移扩散条件进行拟合。当污染物扩散水文、地质和气象环境条件符合本文中的条件时,即可通过上述环境参数结合拟合式直接求得溶质扩散基本情况,便于事故的相关处置人员进行快速响应,制定应急处理方案,以尽可能的减小事故对环境带来的危害。
[硕士论文] 何雅莉
环境工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:零价铁被广泛应用于水体污染处理,已有研究表明其对重金属去除、有机物降解有较好的效果,但零价铁存在易团聚、易氧化的应用缺点,因此基于零价铁的改性材料修复技术是目前水体污染处理的热点。本课题在已有零价铁的研究基础上,制备铁铝双金属材料,并选取水体中典型重金属Cr(Ⅵ)、非甾体污染物双氯芬酸、典型氯代烃CCl4为目标污染物,研究材料对目标污染物的去除效果及反应机理。主要研究结论如下:
  (1)铁铝双金属材料相比于单纯零价铁可提供更多的反应活性位点,其对水中Cr(Ⅵ)的去除效果较好,可达到90%以上,是相同条件下零价铁的4.44倍,且铁铝双金属材料pH应用范围更广;对Cr(Ⅵ)去除实验进行动力学分析,结果表明材料对Cr(Ⅵ)去除结果符合伪一级动力学模型;反应后材料表征结果表明,原电池效应、零价金属还原性、Fe(Ⅲ)-Cr(Ⅲ)混合沉淀过程是铁铝双金属材料去除Cr(Ⅵ)的主要表面反应机制。
  (2)铁铝双金属材料可降解水中双氯芬酸,超声条件可提高双氯芬酸去除率,反应时间为1h时,超声条件下材料对双氯芬酸的去除率达到88%,最高反应速率为1.88mg·L-1·min-1,材料单独作用时为75%,最高反应速率为1.98mg·L-1·min1;超声与材料协同作用时,反应后溶液pH维持在4.0;空化作用、芬顿、类芬顿反应是材料去除双氯芬酸的主要机理。
  (3)海藻酸钙凝胶包覆铁铝双金属微球材料对水中四氯化碳有较好的去除效果,最优实验参数下,反应时间在1h以上时,脱氯效率可达到60%以上,并在4h后趋于稳定,维持在80%水平上,且1h时,反应速率达到最高为2.49mg/L·h;pH对海藻酸钙凝胶外壳影响明显,pH=7时,材料对四氯化碳去除效果最好,且体系pH最终基本维持在6.8左右。
[硕士论文] 徐明
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本研究选取长江中下游湖泊(巢湖、大官湖和龙感湖)沉积柱为研究对象,针对样品中氯酚类化合物的检测方法、组成成分、浓度分布、污染来源和潜在风险进行分析研究。本文建立了一种用于测定沉积物中氯酚化合物的方法,即:使用超声波溶剂提取,固相萃取和衍生化,再通过气相色谱-质谱(GC-MS)分析定量。对获取的浓度数据进行分析,全面探讨柱状沉积物中氯酚化合物的组成和分布。同时采用正定矩阵因子分解模型(PMF)模型,预测分析了氯酚化合物的来源及源贡献。最后应用物种敏感性分布(SSD)模型和相平衡分配法,评价沉积物中五氯酚对水生生态系统的潜在影响。主要研究结果如下:
  (1)建立一种用于测定沉积物中氯酚化合物的方法,使用超声波溶剂提取,然后通过固相萃取和衍生化,最终的目标化合物通过气相色谱-质谱进行分析,采用外标标准曲线法定量。加标量为50ng的氯酚化合物回收率范围为73.2~105.6%,相对标准差(RSD)小于11.9。对于实验过程中遇到的方法问题进行优化,最终结果表明,该方法是一个灵敏,操作简单,成本低,能够满足对沉积物样品中氯酚化合物的分析要求。
  (2)巢湖东半湖、巢湖西半湖、大官湖和龙感湖沉积柱样品中氯酚化合物总浓度的几何均值分别是11.78、6.30、10.82和4.91ng g-1。在巢湖和大官湖的沉积柱中,主要成分为四氯酚和五氯酚,龙感湖上层沉积物以低氯氯酚为主。通过氯酚垂直分布,探讨了氯酚化合物的变化规律及原因。
  (3)PMF模型判断四个采样点氯酚化合物的来源分别为工业排放源、农业污染源和生物降解/腐殖酸的氯化,其中东巢湖分别占29%、53%和19%,西巢湖分别为60%、18%和23%;大官湖分别为31%、42%和27%;龙感湖分别为23%、30%和47%。
  (4)应用SSD模型预测水体中五氯酚对水生生态系统的无观察效应环境浓度(PNECwater),并根据相平衡分配法(EqPA)计算出预测的沉积物无观察效应环境浓度(PNECsed)。由结果可知,本次研究区域沉积物中五氯酚引发水生生态风险的可能性可以忽略。
[硕士论文] 桂磊
环境科学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业化、城市化的快速发展,环境中重金属污染的问题也越来越严重。为较全面的反映长江流域中下游地区土壤、沉积物中重金属污染水平,从宏观上把握两种环境介质中重金属的分布特征,本研究选取长江中下游地区典型湖泊(巢湖流域)表层沉积物稀土元素、主要河口沉积柱重金属元素及周边农业区表层土壤金属元素为评价要素,分别观察含量特征及空间分布,并从污染负荷角度对重金属污染状况进行全面评价,然后通过相关性分析判断污染要素的可能性来源,进而通过设计验证实验,基于流域农业区土壤及湖泊沉积物金属元素含量的对比,证明土壤侵蚀和风化作用是湖泊沉积物重金属污染富集的重要来源。本研究结果对今后的污染治理工作具有较强的指导意义。本研究结论如下:
  (1)巢湖流域全湖区表层沉积物稀土元素平均含量高于环境背景值。总体配分模型呈右倾型,轻稀土富集程度明显。东半湖稀土元素总量比巢湖西半湖高,但西半湖稀土元素分馏及轻稀土元素富集程度更为显著,农业面源污染、市政污水排放等是造成这一现象的原因。
  (2)巢湖四个主要河口沉积柱的八种重金属元素(Zn、Pb、Co、Cr、Cd、Mn、As、Cu)含量呈现明显分布差异性。Mn元素的含量处于背景值水平,Cd元素为极严重富集,其余元素的污染程度表现为中等。Zn、Cu、Pb主要为城市源,Mn为自然背景值贡献,其他元素主要受到农业活动的影响。
  (3)对巢潮流域典型农业区河流周边区域表层土壤样品的分析发现,部分以非残留态存在为主的金属元素(Cd,Sr,Hf,Sc和U等)在土壤中的含量较低,As、Se和Th元素在土壤中呈现中等程度富集。而土壤侵蚀和风化作用能导致部分金属元素在土壤中含量减少,并最终归于沉积物。
[硕士论文] 刘大超
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:拟除虫菊酯(Synthetic pyrethroids,SPs)杀虫剂近几年在杀虫剂市场占有重要地位,因此它的环境残留问题也越来越普遍。沉积物作是疏水性污染物质的重要汇,而研究沉积柱中污染物有助于揭示污染物的历史输入过程。本文研究了不同人类活动背景下湖泊的SPs历史输入过程。结果发现:本研究沉积柱中∑10SPs浓度均值为0.83~8.85ng/g dw,范围为0.15~33.4ng/g dw。与世界其他地区比较发现,巢湖、龙感湖、大官湖SPs污染在中等偏下水平。东巢湖有机质与SPs的来源相似,复杂的有机质来源造成西巢湖SPs浓度与有机碳(Total orgnic carbon,TOC)相关性较差。大官湖0~-15cm的沉积柱中的有机质与SPs的来源相反,龙感湖SPs浓度和TOC值也不存在相关关系。除了TOC,经济发展水平、土地利用类型也会影响SPs的含量。本研究占比最大的三种SPs分别为氯菊酯27.46%、氯氰菊酯22.56%、氟氯氰菊酯15.42%。巢湖的东西半湖中SPs组成有一定差异,而宿松县两湖SPs组成较为类似。东巢湖的SPs污染输入受农药应用模式影响较大,同时还受到当地降水、农业发展水平影响,西巢湖沉积柱中SPs的污染特征受到降水、人类农业活动、人类城市活动等多重因素影响。大官湖和龙感湖SPs的污染特征更多受到农业活动影响。东巢湖和大官湖从底层到表层的浓度变化规律相似,均是从底层至表层浓度下降。西巢湖和龙感湖从底层到表层的浓度变化规律相似,均是从底层至表层浓度上升。三氟氯菊酯和氰戊菊酯是东巢湖较早使用的菊酯农药,氯氰菊酯和溴氰菊酯后期使用的较多。东巢湖主要菊酯种类较丰富,中层和表层菊酯组成较为相似,均是多种菊酯各占一定比例。西巢湖底层主要菊酯种类较丰富,中层氯菊酯和氯氰菊酯明显占优势。龙感湖菊酯组成随着深度的减小变得更加丰富,暗示,龙感湖周围人类使用菊酯的种类增多。龙感湖从底层到表层,主要菊酯种类更加丰富,并且氯氰菊酯和氯菊酯始终是龙感湖各层菊酯重要组成。大官湖菊酯组成随着深度的减小变得更加单一,暗示,大官湖周围人类使用菊酯的种类减小,大官湖除了底层,其他各层组成均相似。用两种生态风险评价方法评价了的研究区域的菊酯污染情况,用毒性单元(Toxic units,TUs)方法评价时发现,巢湖流域的主要风险菊酯是氯氰菊酯和三氟氯氰菊酯,宿松县两湖主要风险菊酯是氯氰菊酯和氟氯氰菊酯。两种生态风险评价方法均发现西巢湖菊酯生态风险最高。通过物种和敏感性分布(Species sensitivity distributions,SSD)方法发现,研究区域氯氰菊酯生态风险熵较氯菊酯高,并且宿松县两湖表现的尤为明显。
[硕士论文] 杨文韬
环境科学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本文以北京市丰台区某垃圾填埋场为研究对象,在收集、整理并分析研究区水文地质、水质监测资料的基础上,构建了水文地质概念模型,并在此基础上建立了浅层地下含水层水流数值模拟模型和污染物运移模拟模型。在水流数值模型识别与验证较为理想的前提下,对浅层地下水中氨氮和硝酸盐氮的迁移规律、污染发展趋势进行了模拟预测,采用Visual Studio2010开发软件和基于.NET Framework3.5框架的C#语言,将地下水的水流、水质模拟模型组件化,具体划分为地图控制组件、含水系统组件、时空剖分组件、源汇项组件、数学模型组件、定解条件组件和可视化组件。将组件与ArcGIS Engine中的组件进行无缝集成,开发出地下水污染运移模型应用系统,并对区内垃圾填埋场地下水污染进行环境影响分析与可视化展示。
  对研究区在2008年~2020年污染情况的分析表明:1.区内水质持续变差,水质级别极差的监测点占比由2008年的25%增长至2020年的62.5%。2.氨氮和硝酸盐氮污染羽的迁移方向整体向东南方向扩散,其最大横向距离、最大纵向距离以及污染面积均持续增大;氨氮和硝酸盐氮的最大横向距离的平均扩散速度为7.83m/a和25.75m/a,最大纵向距离的平均扩散速度为121.67m/a和192.17m/a,污染面积的平均扩散速度为0.06km2/a和0.22km2/a。3.氨氮的污染羽从2012年起对居民区地下水水质造成污染,到2020年共有2处居民区受到影响,受影响居民区面积为0.1km2,硝酸盐氮的污染羽从2011年起对居民区水质造成污染,到2020年共有4处居民区受到影响,受影响居民区面积为0.37km2。研究成果可为该垃圾填埋场渗滤液泄漏的治理、地下水资源的保护提供参考。
[硕士论文] 沈子君
建筑与土木工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:与传统的方法相比,高压放电等离子体具有操作更简单、效率高、适用范围更广等显著优点。高压放电等离子体中存在大量不同种类的活性粒子,比普通的化学反应所产生的活性粒子种类更多、活性更强,更易于和所接触的有机物发生反应。本文以偶氮染料活性红(RR120)为目标污染物,分别研究了高压放电等离子体协同碳基Fe/Cu双金属,以及高压放电等离子体协同过硫酸盐对水中RR120的降解,分析了影响RR120降解的主要因素,探讨了RR120的协同降解机理;同时,建立了高压放电等离子体协同降解水中RR120的响应曲面法模型,并模拟了多因素连续变化时对RR120降解效率的影响。
  首先,通过水热法合成了催化剂碳基Fe/Cu双金属,并采用X射线衍射、Brunauer-Emmett-Teller表面积和扫描电子显微镜对合成催化剂进行了表征,研究了高压放电等离子体协同碳基Fe/Cu双金属对水中偶氮染料RR120的降解机理。实验主要研究其降解动力学以及空气流量、初始浓度、催化剂的量和放电功率对RR120去除率的影响,同时采用气相色谱-质谱法(GC-MS)测定了RR120的降解产物。采用伪一级动力学进行拟合,发现伪一级反应动力学适合描述RR120的降解过程。在空气流量为60L/h,功率为40W,初始浓度为50mg/L,催化剂的量为30mg时,RR120的去除率可达到最大值。与单独的高压放电等离子体系统相比,高压放电等离子体协同Fe/Cu双金属降解RR120降解效率提高了40.6%。高压放电等离子体协同Fe/Cu双金属降解RR120过程中,溶液的pH值从4.58降低到2.26,电导率从66.3增加到574.7μS/cm。采用GC-MS测定了RR120的降解产物,并根据检测到的降解产物解析了RR120的降解途径,RR120降解过程中主要发生开环反应、共轭结构破坏、脱氯、羟基化反应。
  其次,研究了高压放电等离子体协同过硫酸盐对水中偶氮染料RR120的降解机理。与单独高压放电等离子体体系和单独过硫酸盐体系降解RR120相比,高压放电等离子体协同过硫酸盐降解RR120的降解效率分别提高了21.5%和98.0%。同时研究了初始pH、放电功率、初始浓度以及过硫酸盐添加量对RR120降解效率的影响;研究结果表明,65W的放电功率、酸性条件、过硫酸盐添加量为4mmol/L时效果最佳。高压放电等离子体协同过硫酸盐降解RR120的过程遵循伪一级动力学,降解过程中溶液pH值降低、电导率增加。采用GC-MS测定了RR120的降解产物,RR120降解过程中主要发生开环反应、共轭结构破坏、脱氯、羟基化反应。
  最后,分别建立了高压放电等离子体协同Fe/Cu双金属降解水中RR120,以及高压放电等离子协同过硫酸降解水中RR120的响应曲面法模型。以实测实验数据为样本,通过对响应曲面法模型的训练和检验,获得了高压放电等离子体协同Fe/Cu双金属降解RR120,以及高压放电等离子体协同活化过硫酸盐降解RR120的最佳实验条件。
[硕士论文] 陈雪
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本研究通过对颍河段和十五里河流域的综合调查,在分析颍河和十五里河流域水动力和水体污染特点的基础上,应用MIKE11水质模型中的水动力模快(HD)、降雨径流模块(NAM)以及对流扩散模块(AD),分别建立客观反映研究区域的水环境模型,模拟主要污染物高锰酸盐指数、氨氮和总磷的时空演变规律,应用MIKE11模型模拟河流补水(补水流量、补水位置、补水水质和补水方式)对污染河流水质的改善效果。研究内容及主要结论如下:
  (1)应用MIKE11水质模型的水动力模块(HD)和降雨径流模块(NAM)建立研究区域的降雨-径流模型。分别对2016年颍河河段和2015年十五里河河段的水位和流量进行模拟,结果显示:颍河河段阜阳闸的流量相关系数为0.968,界首的水位相关系数为0.760,十五里河希望桥的水位相关系数为0.737,大于0.6,因此本模拟的效果相对精确,模拟的误差较小,说明能为研究区河段的水质模拟提供比较准确的水动力条件。
  (2)基于水动力模块和降雨径流模块计算的水动力条件,应用对流扩散模块(AD)来模拟研究河段的水质,模拟的结果显示:颍河河段中界首断面的高锰酸盐指数的相关系数为0.8912,氨氮的相关系数为0.9519,十五里河河段希望桥的氨氮的实测值对比说明氨氮的相关系数为0.925,因此水质模拟的误差很小,且模型模拟的较为精确,可以反映出河段污染物的实际变化规律。
  (3)基于MIKE11模型改善河流水质的方法,模拟补水流量、补水位置、补水水质和补水方式对污染河流水质改善的效果。
  以颍河为研究对象,验证水质达标的最佳方案,研究得到:当补水流量为2m3/s即为颍河本底流量的10%时,对补水点在距周口浅口闸0km处采用Ⅲ类水,50km和100km处采用Ⅳ类水进行补给,补给效果最佳,可降低高锰酸盐指数和氨氮平均浓度6.32mg/L和1.81mg/L,可使研究区颍河85%以上的河段达到Ⅳ类水水质标准。
  以十五里河为研究对象,当补水点1(河道上游祁门路桥下)的补水流量为1.2m3/s、补水点2(中游京台高速桥下)和3(杨前村下河道)的补水流量为0.7m3/s,补水效果最佳,可降低氨氮和总磷平均浓度9.41mg/L和0.93mg/L,可使50%以上的河段达到Ⅴ类水水质标准。
  (4)依据MIKE11模型模拟结果,可以确定污染河流最佳补水方式,为其他污染河流的治理提供了新思路。
[硕士论文] 张羽
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:褐铁矿是地表中广泛分布的一种矿物集合体,主要由铁的氢氧化物、氧化物等。本文以铜陵新桥褐铁矿为研究对象,采用粉晶X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)等为主要研究手段,对褐铁矿热活化产物的成分、结构演化进行分析研究,并对其去除水中Mn2+产物进行表征分析;利用静态实验研究了反应体系中不同热活化温度、不同pH值、反应时间、初始Mn2+浓度、溶解氧浓度以及反应温度等条件下热活化褐铁矿对水中Mn2+的作用效果;通过原位DO对比实验、XPS分析以及资料查阅阐述对Mn2+的作用机理;通过静态试验研究HA对反应的影响;此外还利用动态实验研究材料持续净化地下水中Mn2+的性能。论文取得的主要成果和认知如下:
  (1)热活化褐铁矿的最佳温度点是300℃,相变为纳米晶赤铁矿,具有最大的比表面积以及较多的活性位点。
  (2)纳米晶赤铁矿对水中Mn2+具有很好的去除效果,在pH5-10的范围内pH反应影响差别不明显,去除率均大于95%;在贫氧条件下对水中低浓度Mn2+的最大吸附量为6.45mg/g;吸附动力学符合准二级动力学模型;褐铁矿热活化形成的纳米晶赤铁矿对Mn2+具有吸附和催化氧化作用,其中的杂质锰氧化物对Mn2+的吸附和催化氧化具有增强作用。
  (3)纳米晶赤铁矿催化氧化重金属离子Mn2+主要是依靠氧空位与水/氧气相互作用形成活性位点。Mn2+与赤铁矿在液相中之间发生一系列的化学反应,赤铁矿上的O空位被视为活性位点。在具有活性位点和氧气的条件下,会在赤铁矿的表面形成低配位的O与氢键复合物导致Mn2+很易吸附于赤铁矿的表面并被氧化成Mn4+。
  (4)HA对水中的Mn2+具有一定的络合作用,在纳米晶赤铁矿存在的情况下对导致HA与水中的Mn2+竞争吸附,导致赤铁矿吸附Mn2+的效果下降。
  (5)300℃热活化褐铁矿动态柱活化效果明显优于未活化样品,出水浓度均达到国家饮用水标准,对Mn2+的总吸附量为143.8mg/g,出水pH稳定在6-8之间,说明材料用于实际持续活化水中Mn2+具有很大的可行性。
[硕士论文] 韩化轩
环境科学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:恶唑烷酮类抗生素是PPCPs中的重要一类,在水体环境中广泛存在,已经对水体环境造成严重的污染。恶唑烷酮类抗生素废水一般具有污染物浓度高、可生化性差、常规的生物化学方法难去除等特点。因此亟需找到一种能高效、快速、彻底降解恶唑烷酮类抗生素的方法。本文采用介质阻挡(DBD)低温等离子体协同复合催化剂凹凸棒石/γ-Fe2O3催化技术,以恶唑烷酮类抗生素中人工合成的利奈唑胺作为处理的目标污染物,以充分利用DBD体系中的活性物质(H2O2,O3,OH)、紫外光以及酸性条件,研究了该体系的协同降解效果。并对制备的复合催化剂进行了表征,研究了利奈唑胺溶液初始浓度、复合催化剂量、放电功率等对利奈唑胺降解效率的影响,也检测了介质阻挡(DBD)低温等离子体系产生的活性物质的浓度,并利用UPLC-MS测定了利奈唑胺降解的中间产物,提供了利奈唑胺可能的降解途径。取得的主要研究结果如下:
  (1)本文采用水热法成功制备了凹凸棒石/γ-Fe2O3复合催化剂,并对催化剂进行了表征。本文数据结果显示,负载后的凹凸棒石外形仍如棒状,结构稳固,复合催化剂对利奈唑胺仍具有较好的吸附性能,且具备良好的磁性,易于回收。
  (2)加入催化剂凹凸棒石/γ-Fe2O3后,对利奈唑胺的处理效果为DBD-凹凸棒石/γ-Fe2O3>DBD>凹凸棒石。在介质阻挡(DBD)低温等离子体系中加入催化剂后,利奈唑胺的降解率从80%提升到接近100%。反应20min后的能量利用从0.007g/(kW·h)提升到0.48g/(kW·h)。
  (3)DBD-纳米凹凸棒石/γ-Fe2O3协同降解利奈唑胺,其降解机理为:DBD-纳米凹凸棒石/γ-Fe2O3体系产生的活性物质(H2O2,O3,OH)主要氧化断裂利奈唑胺中的C-O键、O=C-N键和C-N键,利奈唑胺最终被降解成CO2、N2和H2O等小分子物质。
  综上结果表明,DBD-纳米凹凸棒石/γ-Fe2O3协同体系适用于催化降解恶唑烷酮类抗生素。
[硕士论文] 秦晓栋
建筑与土木工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本文以南淝河及其四条支流作为研究区域,在对研究区域内现状调查、评价基础上,基于南淝河流域水动力条件结合区域环境雌激素负荷估算,应用MIKE11软件构建南淝河流域环境雌激素数值模型,研究南淝河流域环境雌激素现状分布规律,评估内分泌干扰风险状况,进行相关生态风险控制工程性措施分析。从而实现对南淝河流域水环境状况预测、水环境生态系统的保护和改善提供技术性支持,为推动南淝河流域水环境与可持续经济发展具有重要的意义。研究的主要结果与结论如下.
  (1)南淝河流域雌二醇浓度枯水期>平水期>丰水期,南淝河流域二十埠河、板桥河和店埠河均高于主河道南淝河,四里河雌二醇当量浓度最小;南淝河主河道雌二醇当量浓度范围在035~2136ng/L,在最高情景枯水期部分二十埠河河段量浓度甚至达到50ng/L,板桥河达到36ng/L。在最优和预期情景下对南淝河流域进行环境雌激素生态风险评估,除最优丰水期情景下南淝河上游和下游段处于无风险水平外,南淝河以及二十埠河、板桥河和店埠河的90%以上河段水环境均具有潜在内分泌干扰风险。
  (2)模型模拟的生态风险调控措施结果表明:仅依靠单一的点源截污控制方案,即使在最优排放率情景下仍有近50%的河段具有潜在风险水平;点源和面源全面截污的措施虽然能确保南淝河流域无内分泌干扰风险,但在短时间内无法达到预期目标;通过点源截污和70%的面源排污控制相结合的调控措施,在最优排放率情景下能使所有河段处于无风险水平;在将点源和面源排污完全截留控制的远期目标下,可以基本实现预期情景下90%以上河段处于无内分泌干扰风险水平。因此,农村面源污染是控制内分泌干扰风险的关键,点源截污和农村面源污染控制相结合是降低内分泌风险行之有效的控制方案。
[硕士论文] 周钢
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本文以巢湖市城区典型黑臭水体为研究对象,选择CODCr、BOD5、NH3-N、TP和DO为水体黑臭评价关键指标,结合河流表观污染评价法、单因子水质标识指数法和综合水质标识指数法构建了巢湖市城区水体黑臭预测评价体系,依据地累积指数法、潜在生态风险指数法和污染负荷指数法对水体底泥重金属污染综合评价。研究内容及主要结论如下:
  (1)本研究将水体表观特征分为淡黄无臭、浅灰微臭、黑臭、深黑恶臭四个等级,将对应的水体黑臭度分为无黑臭、轻度黑臭、中度黑臭、重度黑臭四个等级。将水质指数与实际感官判断结果相结合,研究得到:DO=3mg/L、CODCr=60mg/L、NH3-N=8mg/L、TP=0.8mg/L、BOD5=20.5mg/L为巢湖市城区水体出现黑臭的单因子指标阈值;综合水质指数X1.X2=7为巢湖市城区水体出现黑臭的综合指标阈值。
  (2)本研究根据构建的水体黑臭预测评价体系对巢湖市城区水体黑臭现状进行评价,研究得到:滩圩新村水塘、贾滩圩十字干渠全年重度黑臭,东撇洪沟、安城圩干渠全年黑臭,世纪大道中沟全年轻度黑臭,陆家河全年无黑臭。在无治理措施前提下,丰水期水体黑臭程度明显轻于枯水期。
  (3)本研究结合地累积指数法与潜在生态风险指数法,对水体底泥重金属污染综合评价得到:六个水体底泥中主要重金属污染物是Cd和Hg,两者对综合生态风险的贡献高达83.22%~90.17%,Cd的生态风险整体偏向于很强,Hg的生态风险整体偏向于中等。结合污染负荷指数法与潜在生态风险指数法,对水体底泥重金属污染综合评价得到:底泥中重金属综合污染程度皆为中等污染;综合生态风险高低为东撇洪沟>陆家河>安城圩干渠>贾滩圩十字干渠>世纪大道中沟>滩圩新村水塘,其中前4个水体综合生态风险较强,后2个水体综合生态风险为中等。
  (4)本研究可为巢湖市城区及类似地区黑臭水体综合治理提供参考。
[硕士论文] 蔡传伦
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:太湖的富营养化问题日益严重,水质迅速下降,而底泥沉积物的内源污染是湖泊富营养化的关键因素,尤其是底泥氮磷营养源的释放。电动修复是近年来逐渐兴起的原位沉积物修复技术,该方法已经在土壤沉积物及污水中去除重金属和有机污染物上进行了运用。针对太湖富营养化问题,本文提出了将电动修复技术用于太湖底泥氮磷污染的修复。进行了电动修复技术用于太湖底泥氮磷污染修复的可行性研究,并对电动修复后污染物去除效率的影响因素,修复过程中累积的电能耗、电极产物以及磷的迁移转化规律等问题展开了研究。
  (1)电动修复技术可以用于太湖底泥中氮磷污染的去除,当使用铁板做阳极,石墨做阴极,蒸馏水做电解液时,恒定电压梯度1.0V/cm下电动修复7天后,得到总磷平均去除率17.7%,硝态氮平均去除率24.2%,有机质平均去除率15.8%。
  (2)电动修复过程中电流随修复时间先增大后减小,底泥温度呈现出从阳极到阴极先增加再减小,在中间位置温度最高的情况。电动修复后,底泥pH值呈现出阳极附近的酸性到阴极附近的碱性,不断增大。
  (3)电解液和电极板种类,电压梯度的大小,电动修复时间均会影响电动修复后污染物的去除效率。随着电压梯度的增大,电流大小和污染物去除效率均随之增大。铁阳极相较钛阳极,能获得更好的总磷去除效果;乙酸溶液相较于淀粉溶液,对总磷、硝态氮的去除率相差不大,但能获得更好的有机质的去除效率。修复效果随修复时间增加而增加,但当电动修复达到一定时间后,增加修复时间并不能显著地提高污染物的去除效率,反而增加了电能耗,加大了运行费用。
  (4)当使用铁板做阳极,石墨做阴极,蒸馏水做阳极电解液,0.5mol/L乙酸溶液做阴极电解液,恒定电压梯度2.0V/cm下电动修复7d,可以得到总磷的最大平均去除率54.53%、硝态氮67.38%、有机质30.77%。
  (5)电动修复过程中累计的电能耗大小随电压梯度及电解液浓度的增大而增大。乙酸做电解液时,铁阳极腐蚀严重,石墨电极质量基本不变。淀粉做电解液时,铁阳极和钛电极质量基本不变,石墨电极由于被阴极产生的结晶附着,质量有所增加。
  (6)电动修复过程中磷的去除过程主要表现为向阳极移动的H2PO42-、HPO42-与铁阳极产生的Fe3+结合生成FeHPO4+和FeH2PO42+,这些带正电荷的络合物通过电渗和电迁移作用向阴极电解液移动,从而实现去除。
[硕士论文] 藕翔
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本研究选择深圳市内桂庙渠、铲湾渠两个黑臭级别不同的水体,在实验室模拟条件下选取美人蕉、凤眼莲、苦草三种水生植物,探究它们在实验室模拟条件下对黑臭水体的修复效果。
  (1)研究3种水生植物对黑臭水体水质的影响。结果表明:在实验周期内,美人蕉工况内的水体中溶解氧自2.1mg/L上升至5.8mg/L,三种水生植物中恢复水体的溶解氧含量效果顺序为美人蕉>苦草>凤眼莲;对于水体中的透明度,美人蕉与凤眼莲在实验末期能够将透明度恢复到与初始值相比较为理想的水平,美人蕉组最高透明度高于同期对照组的48%,凤眼莲组则高于同期对照组的52%,而苦草组仅高于同期对照组的23%,因此这三种水生植物提高水体透明度效果的顺序为凤眼莲>美人蕉>苦草;而针对于水体中COD的去除率,在实验末期,美人蕉组、凤眼莲组和苦草组对水体中COD的去除率分别达到70%、43%以及61%,因此,这三种水生植物对水体中的COD去除效果为美人蕉>苦草>凤眼莲;三种水生植物对水体中氨氮均有吸收的效果,美人蕉组、凤眼莲组、苦草组与实验初始值相比,在实验末期氨氮的去除率分别达到88%、93%、65%以及40%;对于水体中的氧化还原电位,与初始值相比,在实验周期内凤眼莲组、苦草组及空白对照组水体内氧化还原电位最低值分别减少了36mV、10mV及15mV,美人蕉组相对于其他两组来说能够大幅提高水体氧化还原值,与初始值相比增加了32mV。
  (2)本研究在项目基地将以上三种不同生态型的水生植物镶嵌组合,将他们组合后对黑臭水体进行净化研究。结果表明:凤眼莲和苦草搭配更有利于发挥隔离区域优势,在空间上营养资源及光照能够合理利用;对于三种水生植物根际微生物来说,放线菌的变化趋势与细菌数量变化趋势相反,放线菌抑制了细菌合成其细胞壁,在实验后期,水质得到改善,水中的细菌总数也维持在较低水平,说明水环境中细菌的数量可以指示水体受污染的程度。
  (3)选取凤眼莲作为本次实验的研究对象,在相同光照和温度下,探究经抑菌处理后和未经处理的风眼莲组分别对氨氮、COD去除效果的影响,并且分析了在实验周期内根际细菌、放线菌、真菌的数量动态。结果表明,凤眼莲及其根际微生物在轻度黑臭水体中对氨氮的去除效果要明显优于重度黑臭水体,对氨氮的去除率能够分别达到52%和63%,另外,抑菌处理对凤眼莲去除氨氮有显著作用;凤眼莲常规组与抑菌组在重度黑臭水体中对水体中COD的去除率分别能够达到65%以及38%,这也说明了凤眼莲对水中有机物的去除与其根际微生物有密切关系,去除水体中有机物的根本是微生物的生长代谢作用。
  (4)为探究沉水植物在不同水环境下的腐解对水质的影响,在实验室条件下分别模拟不同生物量沉水植物苦草在高纯水、上覆水及底泥悬浮液环境下的腐解过程及其对水体水质的影响,并分别讨论了N、P等含量在底泥和上覆水环境下的差异性.结果表明:①随着时间的推移,苦草腐解均会导致上覆水及底泥悬浮液中pH先降后升,ρ(DO)急剧降低.在上覆水环境中,pH自7.8降至7.2,再增至8.7;与试验初期相比,ρ(DO)在第10天降低了56%.在底泥悬浮液中,pH自7.8降至7.3,再增至8.3;在第10天ρ(DO)降低了近60%.②在上覆水及底泥悬浮液中,苦草腐解以释放有机氮为主,NH3-N次之;ρ(TP)在试验前期呈先升后降趋势,但在试验中期底泥悬浮液环境中ρ(TP)则呈动态平衡,大约在1mg/L左右.③不同生物量(0.1、0.2、0.4g/L)的苦草腐解后水环境中的营养盐含量有所不同,其中ρ(CODCr)、ρ(TP)与生物量呈正相关,在试验前期ρ(TN)、ρ(NO2-N)随着峰值的增大而增大.研究显示,苦草腐解对两种水环境的物化性质有着相似的影响,而对其主要营养盐氮、磷形态的变化有着显著性的差异。
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