水体和表层沉积物不同形态磷分布及其迁移转化——以青草沙水库为例

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1、申请上海交通大学博士学位论文博士学位论文水体和表层沉积物不同形态磷分布及其迁移转化——以青草沙水库为例学院：上海交通大学院系：环境科学与工程学院专业：环境科学与工程博士生：金晓丹导师：何义亮教授上海交通大学2014年3月万方数据ADissertationsubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofPhilosophyDoctorThephosphorusdistributionandtransformationinwaterandsedimentofQingcaoshareservoirAut

2、hor:XiaodanJinAdvisor:Prof.YiliangHeSpecialty:EnvironmentalScienceandEngineerSchoolofEnvironmentalScienceandEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityMarch,2014万方数据万方数据万方数据万方数据上海交通大学博士学位论文摘要摘要青草沙水库位于中国长江口，是上海市重要的饮用水源地之一。长江口悬浮颗粒物对污染物质有吸附和沉降作用，水量充沛，水质优良，自净能力强，但长江口受咸潮入侵的影响。长江水引入青草沙水库后，

3、水流速度减缓，颗粒物在库区的停留时间长，污染物质附着于颗粒物，颗粒物沉降于沉积物，污染物被去除。水力停留时间不仅关系青草沙水库的自净作用，而且影响藻类的滋生，从而引起富营养化现象，富营养化限制性营养元素为磷。作为饮用水水源地，为防止富营养化，青草沙水库由于沉积物释放磷而导致水体磷浓度升高不容忽视。因此，青草沙水库的磷迁移转化研究具有重要的意义。目前关于青草沙水库中磷形态分布的全面报道较少，而对库区沉积物中磷形态分布和释放性能的详细调查研究更少。本文选取青草沙水库作为研究对象，测定水库水体和沉积物的磷含量，分析水体和沉积物中各种磷形态分布特征，探讨沉积

4、物磷吸附和释放对水体磷的影响，揭示青草沙水库沉积物磷迁移转化的途径和机理。得到主要的结论如下：（1）青草沙水库对长江来水水质具有较强的水体自净功能。对青草沙水库水质监测可得，浊度、氮和磷营养盐、金属在青草沙水库进水口处含量高，在出水口处含量低。营养盐总磷、总反应磷、总非反应性磷的沉降率分别为69.28%、80.38%、41.24%；营养盐总氮、硝酸氮和氨氮的沉降率分别为43.44%、45.71%和40%；金属Ni沉降率为25%、As为41%、Mn为38%、Mo为13%、Fe为79%、Co为42%、Cr为47%、Pb为23%。（2）对沉积物磷的含量及其

5、形态进行了调查分析，根据SMT（StandardsMeasurementsandTesting）方法，青草沙水库沉积物磷分为总磷（TP）、无机磷（IP）、钙结合态磷（HCl-P）、铁结合态磷（NaOH-P）和有机磷（OP）。青草沙水库的颗粒态磷以HCl-P形式沉降于库区沉积物中。青草沙水库沉积物TP含量处于中等污染水平。NaOH-P和OP在TP中占的百分含量低，说明沉积物磷的I万方数据上海交通大学博士学位论文摘要人为污染水平低。HCl-P占TP的百分含量最高，说明HCl-P形态可能是青草沙水库磷的最终归宿。青草沙水库沉积物HCl-P含量与沉积物中活性

6、钙含量有一定的相关性，说明水体磷通过沉积物的活性钙结合而降低磷含量，有利于降低富营养化的风险。（3）青草沙水库沉积物磷吸附和释放作用通过修正Langmiur方程拟合得到，青草沙水库沉积物对磷的吸附量最大值为39.84mg/kg，沉积物的吸附-释放临界浓度（EPC0）范围为0.067~0.242mg/L，沉积物上颗粒物原吸附的磷含量（NAP）范围为1.89~5.66mg/kg。沉积物吸附水体磷的容量主要由沉积物的物理化学性质决定。青草沙水库水体磷含量低于沉积物的吸附-释放临界浓度EPC0，处于释放状态。沉积物EPC0与沉积物无机磷IP含量呈正相关，沉积

7、物磷释放的主要来源是无机磷。NAP和钙结合态磷HCl-P存在一定的相关性，沉积物吸附磷的途径主要通过活性钙结合而形成钙结合态磷。（4）通过对沉积物磷释放的影响因素研究得出，沉积物磷释放作用与温度、2+-2-pH、水体中Ca、Cl和SO4浓度和水体磷浓度等因素相关。水体温度高有利于2+沉积物磷释放，而碱性条件下有利于沉积物钙结合态磷形成，咸潮入侵的Ca-2-浓度促进沉积物吸附磷而抑制沉积物释放磷。Cl和SO4浓度对沉积物磷释放的-影响结果表明，Cl使沉积物颗粒物团聚，促进沉积物铁、铝、钙元素叠加，从2-而促进沉积物再释放磷；而SO4促进沉积物有机磷的矿

8、化作用导致磷释放至水体。青草沙水库是来水浊度较高的水库，水体中的磷颗粒物随着泥沙的沉降而沉降，有利于水库磷污