城市湖泊是城市生態(tài)系統(tǒng)及其景觀多樣性的重要組成部分。受過量納污、水流滯緩和結(jié)構(gòu)改造等因素的影響,我國的城市湖泊多數(shù)已達(dá)到富營養(yǎng)化或極富營養(yǎng)化的程度。相對于太湖、巢湖等大型富營養(yǎng)化湖泊,城市湖泊的研究基礎(chǔ)相對薄弱。因此,本論文選取了北京市區(qū)幾個城市湖泊為研究對象,主要開展了：1)典型城市湖泊(什剎海)一年內(nèi)水質(zhì)的季節(jié)變化及六個城市湖泊水體和表層沉積物污染特征比較研究；2)城市湖泊重污染沉積物原位生物氧化的小試研究；3)曝氣對城市湖泊水-沉積物界面磷遷移轉(zhuǎn)化行為的室內(nèi)模擬研究；4)太陽能循環(huán)流裝置修復(fù)城市水環(huán)境的現(xiàn)場試驗研究。以上研究工作的成果擬為北京城市湖泊水環(huán)境污染的防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)參考,對于我國富營養(yǎng)化湖泊水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)理論和實踐的豐富也具一定的意義和價值。 對什剎海三海(西海、后海、前海)2009年度不同月份的10個水環(huán)境和水生態(tài)指標(biāo)進行了監(jiān)測和分析,結(jié)果表明西海的水質(zhì)相對最差而前海的水質(zhì)相對最好,綜合營養(yǎng)狀態(tài)(TLI)指數(shù)評價表明西海處于中度富營養(yǎng)化水平,而前海處于輕度富營養(yǎng)化水平。西海的各項指標(biāo)變化規(guī)律在三海中相對最明顯,其中水溫、葉綠素a(Chla)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)4個指標(biāo)的數(shù)據(jù)變化規(guī)律類似,而硝氮(N03-N)的變化規(guī)律與其它指標(biāo)相反。西海中藻類對水體中氮營養(yǎng)的吸收利用主要以N03-N為主；且該水體中夏季較高的水溫(30℃左右)是導(dǎo)致藻類大量增殖的主要原因。 利用TLI指數(shù)對前海湖(QH)、昆明湖(KM)、青年湖(QN)、紫竹院湖(ZZ)、陶然亭湖(TR)和紅領(lǐng)巾湖(HLJ)的水生態(tài)指標(biāo)進行評價,結(jié)果表明以上6個城市湖泊的水質(zhì)富營養(yǎng)化程度有明顯的差別。其中KM的水質(zhì)最好,沒有達(dá)到富營養(yǎng)化的程度；QN和QH的水質(zhì)為輕度富營養(yǎng)化程度,ZZ、TR、HLJ的水質(zhì)為中度富營養(yǎng)化程度。所研究的北京6個城市湖泊中有5個湖泊水質(zhì)處于富營養(yǎng)化程度,說明北京城市湖泊的水質(zhì)狀況不容樂觀,宜盡早開展其水體污染治理和生態(tài)恢復(fù)的相關(guān)措施。 所調(diào)查的北京六湖表層(0-10cm)沉積物中的營養(yǎng)鹽污染負(fù)荷總體上較嚴(yán)重。六湖表層沉積物有機指數(shù)均嚴(yán)重超過了污染級別的標(biāo)準(zhǔn)值,其中最低的KM表層沉積物有機指數(shù)值為污染級別臨界值的2倍。六湖中有2個湖表層沉積物中總氮(TN)含量超過了嚴(yán)重生物毒性標(biāo)準(zhǔn),3個湖的TN含量接近嚴(yán)重生物毒性標(biāo)準(zhǔn)。六湖的表層沉積物TP平均含量約為1100mg/kg,高于長江中下游大型湖泊表層沉積物的TP平均含量。 六湖表層沉積物中氮、磷形態(tài)的轉(zhuǎn)化與其中的微生物活性關(guān)系密切,而微生物活性主要與底棲藻類的生物量有關(guān)；六湖表層沉積物中的NH3-N主要來源于底棲藻類生物活性對有機氮的礦化,且底棲藻類活性在沉積物NH3-N向N03-N的轉(zhuǎn)化的過程中起到了主要作用。Ca-P(鈣結(jié)合態(tài)磷)是北京六湖表層沉積物中磷最主要的賦存形態(tài),這與長江中下游湖泊不同；六湖磷的賦存形態(tài)中Fe-P(鐵鋁結(jié)合態(tài)磷)和OP(有機磷)的變幅最大,且TR和QN兩湖的Fe-P和OP的含量均相對較高。六湖表層沉積物中OP與堿性磷酸酶活性(APA)呈顯著正相關(guān)p0.01；n=36),且APA與葉綠素a含量間的相關(guān)性極顯著(p0.01；n=36)；說明六湖表層沉積物中的無機磷主要被底棲藻類所利用,只有較少部分釋放到湖泊上覆水中。 6個北京城市湖泊水體和沉積物營養(yǎng)鹽樣品指標(biāo)的相關(guān)性分析表明水體中磷和表層沉積物磷的交換作用不明顯,這可能與表層沉積物中磷的賦存主要以Ca-P為主的特征有關(guān)。六湖表層沉積物的TN和TOC的相關(guān)性極顯著(p0.01；n=18),且水體TN與湖泊表層沉積物的TN的相關(guān)性也達(dá)到極顯著水平(p0.01；n=18)。因此,城市湖泊表層沉積物中總氮和有機質(zhì)的控制與削減對于湖泊水體中氮營養(yǎng)物污染治理有重要意義。 利用原位生物氧化技術(shù)處理重污染沉積物(底泥)的相關(guān)研究在國內(nèi)具有較好的應(yīng)用前景。選取了以上6個城市湖泊中污染相對較嚴(yán)重的青年湖(QN)沉積物作為實驗材料,開展了利用投藥劑(硝酸鈣及微生物營養(yǎng)制劑)促進本土微生物氧化降解重污染沉積物的小試研究。該項研究旨在改善城市湖泊底棲生境,為后期的大型沉水植物和底棲動物的生態(tài)修復(fù)奠定基礎(chǔ),試驗結(jié)果表明：(1)硝酸鈣和微生物營養(yǎng)制劑被投加到沉積物中后均能促進沉積物中微生物活性的升高,但相同經(jīng)濟成本的硝酸鈣效果相對更明顯。(2)投加硝酸鈣可以明顯減少沉積物中磷營養(yǎng)鹽向上覆水的釋放,與投加單一藥劑(硝酸鈣或微生物營養(yǎng)制劑)相比,投加復(fù)合藥劑(硝酸鈣和微生物營養(yǎng)制劑)時可以明顯減少沉積物中N03-N和NH3-N的釋放量。(3)沉積物微生物氧化促生藥劑的適宜投放方式及劑量為：在沉積物中15-18 cm處注射298gN/m2的硝酸鈣、0.42L/m2微生物解毒劑(MT)以及0.35L/m2微生物促生劑(BE)。(4)試驗結(jié)束取沉積物樣品時,沒有投藥的對照柱沉積物臭氣濃烈,而投藥的試驗柱中沉積物臭味不明顯,泥樣的顏色也明顯變淺。(5)投加硝酸鈣和微生物營養(yǎng)制劑均能促進沉積物堿性磷酸酶活性(APA)的升高,且在投加硝酸鈣的處理中表層沉積物APA有明顯的大幅度升高。 曝氣是水體水質(zhì)凈化及其生態(tài)修復(fù)的常用工程技術(shù),而磷是湖泊富營養(yǎng)化的關(guān)鍵影響因子。本論文關(guān)于上覆水曝氣對城市湖泊水-沉積物系統(tǒng)中磷形態(tài)賦存及其遷移轉(zhuǎn)化的影響研究表明：(1)上覆水長期的間歇曝氣引起了表層沉積物微生物活性的升高,其生物代謝是上覆水溶解氧、總磷的降低以及pH值升高的主要原因。(2)上覆水的連續(xù)間歇曝氣導(dǎo)致表層沉積物微生物的堿性磷酸酶活性顯著升高,同時Fe-P被微生物吸收利用并轉(zhuǎn)化合成自身的OP。上覆水的曝氣通過其對表層沉積物中微生物的作用影響了表層沉積物磷的賦存形態(tài)及其遷移轉(zhuǎn)化。 利用太陽能循環(huán)流裝置(1號、2號)分別開展了城市湖泊富營養(yǎng)化控制的試驗研究,結(jié)果表明：(1)該類裝置(1號、2號)可利用太陽能長期間歇曝氣,運行基本無噪音,具有節(jié)能和環(huán)境友好的優(yōu)點。(2)該類裝置在試驗運行期間可以促進水體中TN和N03-N含量的降低,對NH3-N的凈化效果不太明顯；2號裝置在30～40 r/min的轉(zhuǎn)速下,對水體混合作用范圍的半徑為11米左右。(3) 2號裝置試驗結(jié)束后,表層沉積物的含水率有顯著升高、間隙水中氨氮向上覆水?dāng)U散能力增強。1號和2號裝置對上覆水的磷含量和濁度的改善效果均不明顯,因此該裝置在城市湖泊水質(zhì)凈化及其生態(tài)修復(fù)應(yīng)用時應(yīng)增加降濁和除磷的輔助工程措施。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X524
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 城市湖泊富營養(yǎng)化特征
        1.1.2 城市湖泊內(nèi)源營養(yǎng)物的釋放
        1.1.3 城市湖泊內(nèi)源營養(yǎng)物的控制技術(shù)
    1.2 論文研究概況
        1.2.1 研究目的與意義
        1.2.2 研究內(nèi)容與技術(shù)路線
第二章 北京典型城市湖泊(什剎海)的水質(zhì)時空變化
    2.1 什剎海概況
        2.1.1 什剎海的歷史文化
        2.1.2 什剎海的區(qū)域概況
    2.2 水樣采集和分析
        2.2.1 水樣采集
        2.2.2 水樣分析
    2.3 什剎海水質(zhì)富營養(yǎng)化程度的季節(jié)變化
        2.3.1 各指標(biāo)的時空變化規(guī)律分析
        2.3.2 各指標(biāo)變化的相關(guān)分析
        2.3.3 水質(zhì)富營養(yǎng)化程度時空差異分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 北京六湖水質(zhì)富營養(yǎng)化特征及比較
    3.1 研究對像的選取及分析
        3.1.1 研究對象的選取
        3.1.2 水樣的采集及分析
    3.2 現(xiàn)場測定指標(biāo)的分析與比較
    3.3 六湖水質(zhì)污染特征分析與比較
        3.3.1 有機污染物含量分析與比較
        3.3.2 氮營養(yǎng)鹽含量分析與比較
        3.3.3 磷營養(yǎng)鹽含量分析與比較
    3.4 六湖水質(zhì)富營養(yǎng)化程度分析與比較
    3.5 本章小結(jié)
第四章 北京六湖表層沉積物污染特征及其比較分析
    4.1 沉積物樣品的采集與分析
        4.1.1 沉積物樣采集和預(yù)處理
        4.1.2 沉積物樣品分析方法
    4.2 六湖表層沉積物不同形態(tài)氮含量分析與比較
    4.3 六湖表層沉積物不同形態(tài)磷含量分析與比較
        4.3.1 總磷含量及各形態(tài)磷比例分析
        4.3.2 其它四種形態(tài)磷的含量比較分析
    4.4 六湖表層沉積物污染分析及評價
        4.4.1 有機碳含量比較與分析
        4.4.2 有機質(zhì)和有機氮污染評價
    4.5 六湖表層沉積物微生物及藻類生物量分析
        4.5.1 微生物活性分析
        4.5.2 藻類生物量分析
    4.6 水體和沉積物各指標(biāo)的綜合分析
        4.6.1 水體和表層沉積物營養(yǎng)鹽相關(guān)分析
        4.6.2 表層沉積物營養(yǎng)鹽和微生物酶活性相關(guān)分析
    4.7 本章小結(jié)
第五章 城市湖泊重污染沉積物原位生物氧化試驗研究
    5.1 試驗背景
    5.2 試驗材料與方法
        5.2.1 試驗材料
        5.2.2 試驗方法
    5.3 不同試驗處理中上覆水指標(biāo)變化及分析
        5.3.1 水溫和pH變化分析
        5.3.2 溶解氧和葉綠素a變化分析
        5.3.3 氮和磷營養(yǎng)鹽變化分析
    5.4 不同試驗處理中分層沉積物的指標(biāo)變化分析
        5.4.1 氮營養(yǎng)鹽變化分析
        5.4.2 有機碳和生物可利用磷的變化分析
        5.4.3 微生物活性指標(biāo)變化分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 曝氣對表層沉積物中磷遷移轉(zhuǎn)化影響的試驗研究
    6.1 試驗背景
    6.2 試驗方案及設(shè)計
        6.2.1 野外樣品采集及預(yù)處理
        6.2.2 試驗裝置設(shè)計及樣品分析
    6.3 試驗體系中水-沉積物界面磷的遷移轉(zhuǎn)化分析
        6.3.1 上覆水中相關(guān)指標(biāo)變化分析
        6.3.2 表層沉積物中磷形態(tài)及微生物活性分析
    6.4 表層沉積物中相關(guān)指標(biāo)的綜合分析
        6.4.1 總氮和有機質(zhì)變化分析
        6.4.2 各形態(tài)磷與其它指標(biāo)的相關(guān)分析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 太陽能循環(huán)流裝置改善城市水體的現(xiàn)場試驗研究
    7.1 裝置(1號)的試驗運行效果分析
        7.1.1 試驗前期工作及監(jiān)測設(shè)計
        7.1.2 試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
    7.2 裝置(2號)的試驗運行效果分析
        7.2.1 試驗前期工作及監(jiān)測設(shè)計
        7.2.2 試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
    7.3 本章小結(jié)
第八章 研究結(jié)論、創(chuàng)新和展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 創(chuàng)新研究
    8.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
博士期間學(xué)術(shù)成果
致謝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 唐玉斌,郝永勝,陸柱,趙慶祥;景觀水體的生物激活劑修復(fù)[J];城市環(huán)境與城市生態(tài);2003年04期

2 鄭政偉;李開明;朱芳;曹藝;徐亞幸;;底泥中多環(huán)芳烴的微生物降解與原位修復(fù)技術(shù)[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2010年06期

3 隋桂榮;太湖表層沉積物中OM、TN、TP的現(xiàn)狀與評價[J];湖泊科學(xué);1996年04期

4 范成新,相崎守弘;好氧和厭氧條件對霞浦湖沉積物—水界面氮磷交換的影響[J];湖泊科學(xué);1997年04期

5 黃文鈺,吳延根,舒金華;中國主要湖泊水庫的水環(huán)境問題與防治建議[J];湖泊科學(xué);1998年03期

6 周易勇,付永清;水體磷酸酶:來源、特征及其生態(tài)學(xué)意義[J];湖泊科學(xué);1999年03期

7 王雨春,馬梅,萬國江,劉叢強,尹澄清;貴州紅楓湖沉積物磷賦存形態(tài)及沉積歷史[J];湖泊科學(xué);2004年01期

8 袁文權(quán),張錫輝,張麗萍;不同供氧方式對水庫底泥氮磷釋放的影響[J];湖泊科學(xué);2004年01期

9 屠清瑛,章永泰,楊賢智;北京什剎海生態(tài)修復(fù)試驗工程[J];湖泊科學(xué);2004年01期

10 龔春生;姚琪;范成新;董浩平;鄭超海;包先明;;城市淺水型湖泊底泥釋磷的通量估算——以南京玄武湖為例[J];湖泊科學(xué);2006年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李萬會;潮灘濕地沉積物中葉綠素a濃度的變化特征及其與沉積物特性間的關(guān)系初探[D];華東師范大學(xué);2006年

2 盧麗君;利用生物促生劑和曝氣修復(fù)受污染底泥的試驗研究[D];東華大學(xué);2008年

3 楊春霞;有機質(zhì)及沉水植物對湖泊沉積物界面氮磷礦化與賦存的影響[D];中國環(huán)境科學(xué)研究院;2009年

本文編號：2831720