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1、学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。学位论文作者签名： 轧芬日期：劢垃，箩弓。学位论文使用授权声明研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属南京师范大学。学校有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以采用影印、复印等手段保存、汇编本学位论文。学校可以向国家有关机关或机构送交论文的电子和纸质文档，
2、允许论文被查阅和借阅。( 保密论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密论文，保密期限为年。学位论文作者签名：) 美芬指导教师签名：二歹日期：加l J - ，箩一弘日期：瑚f 2。；i 襄 专 。：一? 毒0i 渗i 毫。，一眷i 曩。- 、。警琵：一- t 。囊蛰、瑟b ：，- _、一；：奠l !一，。：7 ；1 。；、：；?：0。二! ；，；垂?。、+ 一本研究得到江苏省科技厅科技支撑计划项目“城市污染河道水质净化及生态修复关键技术研究( B E 2 0 0 8 6 7 7 ) ”的资助。摘要摘要氮污染是目前许多城市污染河道中急需解决的突出问题之一，曝气充氧技术因其投入成本低
3、、见效快，在国内外的城市河道污染的治理中被广泛使用，但曝气对城市污染河道水体氮素迁移转化的系统研究迄今尚鲜见报道。本论文以城市污染河道沉积物和上覆水为研究对象，通过室内模拟实验方法，分析不同曝气方式( 底泥曝气、水曝气) 对上覆水、间隙水和沉积物中氨氮( N H 4 + - N ) ，硝态氮( N 0 3 - N 、N 0 2 - - N ) 等氮素形态变化过程的影响；计算曝气作用下沉积物一水界面铵氮、硝态氮等氮素扩散通量，分析不同曝气方式对沉积物一水界面氮素迁移的影响；测定上覆水溶解氧( D O ) ，p H 及底泥主要理化性质指标，分析其与氮素转化与迁移的影响，初步揭示曝气对城市污染河道氮
4、素形态迁移转化的影响，以期为城市河道水体的修复提供一些可以借鉴的资料。本论文得出的主要结论如下：( 1 ) 曝气能够有效改善污染河道水体溶解氧，促进上覆水体中N H 4 + - N 向硝态氮的转化，从而降低N H 4 + - N 的浓度，底泥曝气、水曝气对水体N H 4 + - N 的去除率均在9 5 以上；底泥曝气组与水曝气组上覆水N H 4 + - N 浓度存在显著性差异( p c m图2 2 实验装置剖面图F i 9 2 2C r o s s s e c t i o nd r a w no ft h el a b o r a t o r ys c a l ed e v i c e2 0
5、11 年6 月份，采购整理箱( 3 只，2 0 L ) 并注入自来水，安置加热泵( 设置温度为2 5 。C ) ，作为控温水浴装置。将均化后底泥迅速分装至实验容器内第2 章材料与方法( 9 0 m m 5 0 0 m m ) ，底泥厚度约5 c m ( 约5 0 0 9 ) ，用虹吸法注入实验用水1 2 0 0 m L ，约15 c m ，避免底泥扰动。实验分为3 组，每组设3 个重复，编号为E W 、E S 和E C 。E W 为水曝气组，将微孔曝气头( 气泡尺寸为l 3 m m ) 安置距底泥顶部上方约2 c m 处( 以不扰动表层底泥的最低位置为准) ，表层底泥不悬浮；E S 为底泥曝气
6、组，将微孔曝气头( 气泡尺寸为l 3 m m ) 安置在底泥顶部下方2 c m 处，表层底泥悬浮；E C 为对照，无曝气措施。底泥部分用避光材料包裹，以模拟实验河道实际情况，后整体移入整理箱。实验系统静置3 d 后用曝气机进行曝气，曝气参数均为1 L m i n 一，6 h d ，曝气流量通过流量计( R u a n m i n gL Z B 6 ) 控制，1 5 d 后停止曝气，实验在2 5 d 结束。2 1 2 实验用水与实验底泥2 1 2 1 实验用水利用自制柱状底泥采样器采集南京某污染河道沉积物，同步采集上覆水，并迅速运回实验室。水样经0 4 5 9 m 滤膜过滤作为实验用水，过滤后水
7、样放入冰箱，4 。C 蔽光保存，备用，具体指标分析结果详见第3 章。实验过程中，上覆水通过预设在距底泥表面2 c m 处的采样管，每天曝气前用注射器准确抽取2 0 m L 水样，每次取样后，向实验装置中补入2 0 m L 备用水样，曝气结束后隔天采样。每次采取的水样经0 4 5 9 m 的滤膜过滤，待实验分析所用。2 1 2 2 实验底泥底泥经均化处理后，并对其理化性质进行分析，包括p H 、含水率( W ) 、烧失率( L O I ) 等，具体指标分析结果详见第4 章。在第0 、5 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5 d分别在各组中分别各取3 根有机玻璃柱，排干上覆水后研究沉积物，用离心
8、法( 4 0 0 0 r m i n ，2 0 m i n ) 获得间隙水，经0 4 5 9 m 的滤膜过滤，待分析。2 1 3 主要仪器设备与试剂实验过程中主要仪器设备如下所示：紫外分光光度计U V - 1 1 0 0 型，上海D H 计M E T T L E RT O L E D O E L2 0 ，瑞典溶解氧仪Y S I5 5 0 ，美国 离心机L D 5 2 A ，北京电热鼓风干燥箱G Z X 一9 4 2 0 M B E ，上海曝气机A L E A SA P 9 8 0 4 ，上海 振荡器H Y - 2 A ，江苏金坛马弗炉S X 2 4 1 0 ，上海水质连续流动分析仪S K A
9、L A R S A N + + ，N e t h e r l a n d s16第2 章材料与方法实验过程使用的试剂共有两类，一类为标准分析方法所规定的各种试剂；另一类是作为实验材料的化学药剂，如下所示：酒石酸钾钠分析纯成都市科龙化工试剂厂柠檬酸钠分析纯成都市科龙化工试剂厂水杨酸钠分析纯成都市科龙化工试剂厂亚硝基铁氰化钠分析纯上海青析化工科技有限公司二氯异氰尿酸钠9 7 ，AJ o h n s o nM a t t h e yC o m p a n y过硫酸钾9 7 ，AJ o h n s o nM a t t h e yC o m p a n y四硼酸钠分析纯上海氯化铵分析纯南京化学试剂有限
10、公司氨水分析纯成都市科龙化工试剂厂磷酸分析纯成都市科龙化工试剂厂磺胺分析纯成都市科龙化工试剂厂Q 一萘基乙烯二胺分析纯华东师范大学化工厂聚氧乙烯月桂醚9 7 ，AJ o h n s o nM a t t h e yC o m p a n y氯化钾分析纯成都市科龙化工试剂厂2 2 分析方法2 2 1 常规指标的测定过滤后的水样，以及间隙水用连续流动水质分析仪( S K A L A R S A N + + ，荷兰)进行D T N ( 可溶性无机氮) 、N H 4 + - N 、N 0 3 - - N 和N 0 2 一一N 分析。 含水率：沉积物含水率( 麟) 在1 0 5 。C 条件下烘6 h ，
11、含水率为沉积物烘干前后质量差值与原有湿沉积物质量的比值9 8 1 。烧失率( L O I ) ：用1 0 5 。C 烘干的沉积物放入马弗炉中在5 5 0 。C 条件下灼烧6 h 【79 1 。孔隙度：在1 0 5 。C 下灼烧6 h 后，孔隙度按下面公式计算9 9 ：脒( ) ：监竺掣鲥二生 W w ( g ) 一W d ( g ) j + W d ( g ) 2 5无机氮测定：沉积物N H 4 + - N 和N 0 3 - - N 浓度测定：称取相当于1 0 9 干样的新鲜沉积物，用2 m 0 1 L 。1 的K C I 溶液浸提( 液：土= 5 ：1 ) ，振荡3 0 m i n ，过滤后
12、比色法( 波长为2 1 0 n m ) 测定浸提液中N O B - - N 浓度；纳氏比色法( 波长为4 2 0 n m ) 测定浸提液中N H 4 + - N 浓度 1 0 0 1 。T N 的测定为碱性过硫酸钾消解后在波长2 1 0 n m 比色测定 1 0 0 1 。第2 章材料与方法2 2 2 数据统计方法原始数据的处理和分析主要采用M A T L A B 软件来完成，数据的差异显著性检验使用S P S S 软件进行，所得数据均是三次重复的平均值。第3 章不同曝气方式对上覆水各形态氮的影响第3 章不同曝气方式对上覆水各形态氮的影响在间歇曝气条件下( 1 L m i n ，6 h d J
13、 ) ，定期监测上覆水中D O 、p H 变化情况，分析其与氮形态转化迁移的影响。对比分析3 种工况下上覆水中各氮素( N H 4 + - N 、N 0 2 - - N 、N 0 3 - - N 、D T N ) 含量变化，探讨不同曝气方式对污染物的去除效果与影响机理。3 1 上覆水各形态氮含量变化3 1 1 铵态氮含量变化各工况下上覆水N H 4 + - N 的浓度变化如图3 1 所示。E C 组上覆水N H 4 + - N 浓度经历了缓慢下降至稳定过程，主要是因为其本身发生了硝化反硝化作用。实验开始时浓度为1 6 6 7m g L ，经过小幅上升后浓度为1 9 9 0m g L 。此后下降
14、，实验结束时为3 3 7m g L ，为初始浓度的0 2 7 倍。两组曝气工况下反映了曝气充氧后的硝化作用过程，但是在硝化进程上存在差异，主要表现在硝化启动时间上，E S 组明显滞后于E W 组，E S 组与E W 组N H 4 + - N 浓度存在显著差异( t t e s t ，p 0 0 5 ) ，间隙水中N H 4 + - N 浓度呈逐渐增加趋势，在第2 0 d 达到峰值后下降；E S 组间隙水N H 4 + - N 浓度变化较大，在曝气第5 d 问隙水N H 4 + - N 的削减作用就很明显，随后一直下降，第1 5 d 降到最低值后又有所增加。两组曝气工况下的间隙水N H 4 +
15、- N 浓度差异显著( t - t e s t ，p E W 组 E S 组。烧失率：烧失率是底泥有机质的量度，能粗略反应底泥有机质含量。E C 组在第5 d 烧失率大幅下降后保持在一定范围波动，E W 组变化规律不明显，E S 组烧失率略高于E W 、E C组，可能由于底泥受到扰动后，底泥表层的硝化细菌大量繁殖并参与内源氮的循环，硝化菌的存在使E S 组烧失率略高。孔隙度：各工况下孑L 隙度变化趋势与含水率相似。孑L 隙度越大，底泥含水率则越高。7 5 o o7 0 0 0 。摹6 5 0 0 妥6 0 0 0 t5 5 0 0 。5 0 0 0 4 5o o 一P w一E SL J j J L ，_ IO51 0t d1 52 02 5图4 8 含水率变化F i g 4 8V a r i a t i o no fm o i s t u r ec o n t e n t第4 章不同曝气方式对间隙水、沉积物各形态氮的影响b 0 j Z g卜山1 5 01 0 05 008 5 5 08 4 ，0 08 2 5
