【摘要】：由大規(guī)模藍藻消亡引發(fā)的富營養(yǎng)化湖泊局部黑臭水體已多次發(fā)生于太湖梅梁灣、貢湖灣、竺山灣以及其他太湖西岸水域,而局部黑臭水體的發(fā)生條件、特征致臭致黑污染物、內源外源影響因素等,目前還缺乏系統(tǒng)、定量的分析研究,制約了針對局部黑臭水體提出更加科學合理的預警與防治應急方案。本研究在太湖局部黑臭水體的現(xiàn)場調研與其易發(fā)區(qū)水體水質監(jiān)測的的基礎上,通過模擬黑臭水體的發(fā)生,從水體水質的變化及致臭致黑物質的產生等方面定量分析了黑臭水體發(fā)生的條件,研究了受內源及外源的污染、不同的水文水動力條件下,高密度藍藻堆積消亡對局部黑臭水體形成的影響,解析了藻源性局部黑臭水體的發(fā)生機制,通過試驗研究,得出如下結論：(1)太湖局部黑臭水體易發(fā)區(qū)的調查研究。2011年對局部黑臭水體易發(fā)區(qū)——竺山灣沙塘港近岸區(qū)域進行了全年的藻種群與水質的監(jiān)測分析。結果表明,夏秋季節(jié)易發(fā)區(qū)的藻密度處于極高水平,藍藻門的微囊藻屬占絕對優(yōu)勢,平均優(yōu)勢度達到0.91。微囊藻在夏秋季節(jié)的快速增長對浮游藻類在易發(fā)區(qū)的大規(guī)模堆積起到了重要作用。易發(fā)區(qū)CODMn、NH4+-N、TN、TP全年平均濃度分別為10.81 mg/L、1.62mg/L、5.37mg/L.0.32 mg/L,遠高于非易發(fā)區(qū),分別為全湖CODMn、NH4+N、TN、TP全年平均濃度的2.6倍、7.4倍、2.7倍、4.6倍。(2)藍藻消亡對黑臭水體形成的影響。設置不同密度的藻水模擬黑臭水體的發(fā)生,監(jiān)測致臭物質、理化指標、有機物及營養(yǎng)鹽等水質指標的變化,分析藻密度與致臭物質產生的相關關系,從水體水質的變化及水體發(fā)生的黑臭情況定量分析黑臭水體發(fā)生的條件。結果表明,在無底泥及無外源污染物輸入的藻水中,靜態(tài)恒溫遮光條件下,藻密度達到1.0×107cells/L時,將會產生強烈的臭味,藻密度達到1.0×108cells/L及以上時水體會發(fā)生黑臭。二甲基三硫醚(DMTS)是模擬水體發(fā)臭的主要貢獻者,其次為β-紫羅蘭酮(p-Ionone)�！凇迸c“臭”并非同時發(fā)生,存在時間差異。水體先發(fā)臭后發(fā)黑,發(fā)黑過程中伴隨著發(fā)臭,但發(fā)臭不一定會發(fā)黑。硫元素在臭與黑形成的過程中起到了關鍵作用,ORP為-50～-250mV時,硫醚等致臭有機硫化物大量產生,隨著還原環(huán)境的進一步加劇,ORP為-300～-400mV時,有機硫化物進一步轉化為無機硫化物,進而引起水體發(fā)黑。DMTS的濃度最大值與水體中初始藍藻藻密度表現(xiàn)出明顯的相關性,藍藻密度越高,其產生的DMTS濃度越高,擬合模型符合線性模型與二次模型。高密度藍藻的堆積消亡直接影響水體中有機物及氮磷的變化。隨著藻類的死亡分解,當藻密度達到1.0×10gcells/L時,水體中CODMn、NH4+-N、TN、TP濃度最大值分別達到19.8mg/L、8.5mg/L、10.7mg/L、1.1mg/L,水質嚴重惡化。(3)底泥對黑臭水體形成的影響。在設置底泥與不設置底泥兩種條件下模擬黑臭水體的發(fā)生,通過分析水體中致臭致黑物質的產生情況,底泥中微生物的分布,以及水體中常規(guī)水質指標的變化,研究底泥對局部黑臭水體形成的影響。結果表明,大規(guī)模藍藻堆積是局部黑臭水體形成的主要基礎,底泥并非黑臭水體形成的決定因素。在同樣的高藻密度條件下,底泥加速了黑臭水體的發(fā)生。一方面底泥的存在加速了藍藻消亡過程中致臭物的形成,另一方面,藍藻堆積消亡形成的厭氧環(huán)境,使得底泥中硫酸鹽還原細菌數(shù)量增加,促使底泥中硫與鐵的還原,從而加劇了水體的黑臭。與無底泥的藻水相比,水體發(fā)黑期間有底泥的藻水中無機硫化物濃度與Fe2+濃度分別增加0.63mg/L、0.10mg/L。(4)水流流速對黑臭水體形成的影響。分別設置水流流速為1～2cm/s、5～6cm/s時,模擬黑臭水體的形成。以靜態(tài)組為對照,研究水流流速對黑臭水體形成的影響。結果表明,流速的增加對水體致黑致臭方面表現(xiàn)出不同的影響作用,隨著流速的增大,水體中致臭有機物DMTS濃度減小,而在致黑方面,相對于流速5～6cm/s,水體流速1～2cm/s無法改變水體的厭氧還原環(huán)境,促進了硫化物的生成及Fe2+的溶出,進而加速了致黑物質的形成,加劇了水體的發(fā)黑程度。(5)溫度對藻類消亡及黑臭水體形成的影響。在不同的溫度下設置不同的初始藻密度,研究溫度對藻類消亡的影響。結果表明,溫度的升高對微囊藻的消亡有明顯的促進作用,隨著溫度的升高,高密度堆積的藻類衰亡率增大,在試驗前期即衰亡60%以上的生物量,這也從另一個角度解釋了與藻類消亡密切相關的致臭有機物主要產生于試驗前期。不同環(huán)境溫度對黑臭水體形成影響的試驗結果表明,溫度的升高會明顯促進致臭有機物DMTS的產生。(6)外源污染對黑臭水體形成的影響。研究生活污水和工業(yè)廢水兩種不同性質的外源污染條件下藻源性局部黑臭水體的形成情況。結果表明,生活污水和以化工為主的廢水對局部黑臭水體的形成均有促進作用,且化工廢水的作用較生活污水更加明顯。一方面加速了黑臭水體的發(fā)生,另一方面增加了致臭有機物DMTS的濃度。綜上所述,本研究探尋了太湖藻源性局部黑臭水體的形成機制、發(fā)生條件、內外源污染及水文水動力影響因素,為太湖藍藻暴發(fā)時期局部黑臭水體發(fā)生的預警與防治系統(tǒng)的建立提供了數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X524

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本文編號：2670554