疏浚水流扰动作用下的河道底泥污染物释放效应
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１ ＣＯＤ Ｃｒ ＣＯＤ Ｃｒ Ｆｉｇ．Βιβλιοθήκη Baidu１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ＳｅｌｆＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯＤ Ｃｒ ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ
３ Ｃｒ Ｃｒ Ｃｒ Ｃｒ
试验方法
ＷＡＴＥＲ ＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
本试验是在上海大学循环玻璃水槽中进行的。 水槽主体段长为 ６ ｍ、 宽为 ０． ２５ ｍ、 高为 ０． ４５ ｍ。试 验时通过变频水泵将回水箱中的水抽取进入玻璃水 图 动水和静水条件下实测 释放量和 槽中。入口处有四道整流格栅， 水由尾门排出， 经回 自净消耗 随时间变化 水管流回水箱， 通过调节水泵流量和尾门开度， 使得 水槽中最大控制流速为 ０． ２２ ｍ ／ ｓ， 最大控制水深为 ０． ２５ ｍ。水箱容量为 １． ５ ｍ ， 能够满足循环水流的 稳定运行和对温度和复氧等的限制要求。 由图 １ 可知整体上实测 ＣＯＤ 释放量和自净消 试验时，将底泥样品均匀平铺在水槽中长为 耗 ＣＯＤ 都是随时间的增加而增大的。动水时真实 ４ ｍ 的凹槽中， 使得水流下部与底泥上部基本齐平， ＣＯＤ 释放量也是随着时间的增加增大的。自净消 减少不必要的冲刷损失和误差。用 ＬＧＹ Ⅱ型智能 耗 ＣＯＤ 量初始时刻很少， 但是随着时间的增加， 自 — ８２ —
尚 晓 ， 张 坤 ， 江 帅 朱红伟 ，，
１ ２ ２ ３ １
（ １． 中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司航道疏浚技术交通行业重点实验室， ２． 中交上海航道勘察 上海 ２００１２０； ３． 城市水资源开发利用（ 设计研究院有限公司， 上海 ２００１２０； 南方） 国家工程研究中心， 上海 ２０００８２） 由机械扰动水流造成的底泥再悬浮污染物释放作用十分明显。通过循环长直水槽试验， 研究了水 摘 要 河流湖泊疏浚时， 动力学条件对底泥污染物内源释放效应的影响。分别在上覆水体静止和流动情况下， 分析了水体 ＣＯＤ 的变化规律。结果表 明水体的自净作用在动水条件下显著增强。动态水流通过减小底泥 水界面浓度边界层厚度和破坏底泥 水界面底泥表面结 构， 增大底泥污染物释放速率和通量。底泥 ＣＯＤ 释放量随着流速的增加而增大， 随着水深的增加而减小。但是在水深较浅 时， 波浪会破坏底泥表层结构， 引起底泥污染物的再悬浮释放。单位时间单位面积底泥污染物释放量随着时间的增加而迂回 减小， 底泥内部污染物向泥 水界面的扩散维持了底泥内源释放效应。 关键词 疏浚扰动 水动力 底泥再悬浮 化学需氧量 水污染 ＴＶ１３１． ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９ ０１７７ （ ２０１４ ） ０２ ００８１ ０５ 中图分类号：Ｘ１４３；
（ ）
城市河流水体流速缓慢， 又处于相对封闭环境 中， 造成大量的污染物积聚在河床底泥中。当船舶 行驶或疏浚时， 底泥中的污染物极易随着泥沙的再 ，导致河流水体水质严重恶 悬浮释放到水体中 ［ ］ 化 。底泥污染物的释放已成为水环境修复的难
１ ９
［收稿日期］２０１３ ０９ ２２ ［基金项目］国家自然科学基金资助项目 （ １０９７２１３４ 、 １１０３２００７ ） ； 上 １１２３１２００３００ ） 海市科技攻关项目（ ［作者简介］朱红伟 （ １９８４ — ） ， 男， 博士研究生， 从事环保疏浚研 。 Ｅｍａｉｌ ： ｊｕｎｅ０８２９＠ １６３． ｃｏｍ。 究
净 水 技 术
Ｖｏｌ． ３３ Ｎｏ． ２ ２０１４
Ａｐｒｉｌ ２５ｔｈ ２０１４
， ，
，
在浊度开始变 作用。但是初始 ＣＯＤ 释放量骤减， 平稳时刻， 释放量开始急速增加， 之后再慢慢趋于稳 定。这可能上覆水体突然由静止变为运动时， 底泥 表面一些不稳定的颗粒被瞬间冲刷起来， 造成浊度 的短暂增加， 之后底泥表面泥沙趋于稳定。而这些 发生再悬浮的颗粒对原存在于水体中的絮凝物产生 了吸附作用， 使得 ＣＯＤ 释放量不增加反而减少， 这 ２． ２ 上覆水体静止和流动时对水质的影响 ［ ， ］ 水体底泥污染物释放很大程度上依赖于上覆水 可称为悬浮释放初期的阻滞效应 。 体的流动情况。在水体静止和流动时， 底泥影响水 质的方式有所不同。水体静止时一般通过底泥 水 界面的分子扩散向上覆水体释放污染物； 当水体流 ， 速达到一定程度时 底泥主要通过再悬浮释放方式 影响水质。图 ２ 和图 ３ 分别显示了动水和静水下单 位面积底泥释放 ＣＯＤ 量和浊度以及 ＤＯ 和 ｐＨ 随 时间变化的关系。
１０ １４ １５ １７
朱红伟， 尚 晓， 张 坤， 等． Ｖｏｌ． ３３ ， Ｎｏ． ２ ， ２０１４ 疏浚水流扰动作用下的河道底泥污染物释放效应 通过测量靠近入口和底泥中部的 及底泥污染物释放扩散过程对环保疏浚的本质机理 流速仪测量流速， 有着重要的理论指导意义。在上海市苏州河环境综 ２ 个断面， 每个断面 ３ 个测点， 得到断面平均流速。 合整治中底泥再悬浮释放污染物被认为水质恶化的 试验水样的采集采用虹吸原理， 分别在底泥上游， 底 原因之一， 因此本文以其中严重污染区域的底泥作 泥中部和底泥下游布置 ３ 个采样架。每个采样架上 为研究对象， 以水体水质分析常采用的化学需氧量 有 ２ 个位于不同深度的采样点， 采样 间距为 ０． ０５ ｍ， （ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ ，ＣＯＤ） 来反映底泥污染物 钢管直径为 ０． ００１ ｍ。静水试验在圆桶中进行， 桶 ［ ， ］ 释放的程度 ， 通过在循环水槽模拟水流扰动的 直径为 ０． ２４ ｍ。水样中 ＣＯＤ 的测定选用重铬酸钾 试验， 研究水动力条件对底泥内源释放的影响， 为今 氧化法［ ］。ＤＯ 采用 ＪＰＢ ６０７ 型便携式溶解氧仪 后的研究治理工作提供一定的理论依据。 测定。用 ｐＨ 计测定 ｐＨ。本试验中浊度使用的单 位是 ＦＴＵ， 福尔马肼浊度单位， 相当于 １ Ｌ 水中含有 １ 材料与方法 ０． １３ ｍｇ 的 ＳｉＯ 时所产生的浑浊程度， 采用 ＬＰ２０００ １． １ 样品的采集和处理 型浊度仪测定。由于试验中使用的水体为自来水， 本试验选取的采样点位于苏州河古北桥路段和 而自来水本身存在一定的 ＣＯＤ 含量， 故在处理数 中潭路段， 处于污染严重区域。采用抓泥斗在苏州 据时， 要扣除自来水 ＣＯＤ 对上覆水体中 ＣＯＤ 的 河采集点的表层 ２０ ｃｍ 的底泥沉积物， 运回实验室 影响。 冷置备用。根据野外柱状采样剖面的观察， 苏州河 ２ 结果和讨论 底泥具有明显的层序结构， 一般包括顶部流动浮泥 层， 中部黑色污染沉积层以及底部灰黄色河道自然 ２． １ 水体实测和自净作用 沉积层。表 １ 列出了苏州河底泥不同层位物理特 本试验中采用的是循环水槽， 底泥单位面积污 ＣＯＤ 的含量变化范围及其平均值。 征， 染物释放量均是累积释放量。在研究流速和水深的 实验中均需对水体的自净作用考虑， 因此底泥真实 表 １ 苏州河底泥不同层位特征及 ＣＯＤ 含量 的释放率需要对实测值进行修正。图 １ 显示了动水 Ｔａｂ． １ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＣＯＤ （ 流速为 ０． １ ｍ ／ ｓ， 水深为 ０． １０ ｍ）和静水件下实测 ａｔ Ｃｏｌｕｍｎａｒ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ Ｌａｙｅｒｓ 含量 （ · ） ＣＯＤ 释放量和自净消耗 ＣＯＤ 随时间变化。
ｃｉｒｃｕｉｔｏｕｓ ｃｏｕｒｓｅ． Ｔｈｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｆｒｏｍ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｗａｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｗｉｌｌ ｍａｉｎｔａｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｆｒｏｍ ｓｅｄｉｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｄｒｅｄｇｉｎｇ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ ＣＯＤ ｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ
点， 要达到理想的治理效果， 恢复河流的生态重建， — —污染底泥。疏浚是通过 必须彻底清除污染内源— 去除受污染的表层底泥来控制污染物的释放和减少 ，已被世界上许多国家所采 污染物生物有效性 ［ ］ 用 。但是疏浚过程中， 仍然会造成对水体底泥 的扰动， 增加上覆水体中污染泥沙的浓度， 对河流水 体造成二次污染。因此研究疏浚时减少因水体扰动 而引起的污染物释放即环保疏浚有着重要的意 义［ ］。挖掘精度控制和防止扰动扩散是环保疏 浚研究的关键。研究底泥再悬浮和水动力的关系以 — ８１ —
Ｃｒ Ｃｒ
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ Ｒｅｌｅａｓｅ ｆｒｏｍ Ｒｉｖｅｒ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ＨｙｄｒｏＤｒｅｄｇｉｎｇ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
（ １． Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｄｒｅｄｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｄｒｅｄｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２０８ ，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｃｏ． ，Ｌｔｄ． ｏｆ ＣＣＧＲＰ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１２０ ，Ｃｈｉｎａ； ３． Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ （ Ｓｏｕｔｈ） ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００８２，Ｃｈｉｎａ）
净水技术
２０１４ ３３ ２
， （） ： ８１
８５
ＷＡＴＥＲ ＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
净 水 技 术
Ｖｏｌ． ３３ Ｎｏ． ２ ２０１４ Ａｐｒｉｌ ２５ｔｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，２０１４ Ｗａｔｅｒ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
， ，
疏浚水流扰动作用下的河道底泥污染物释放效应
１０ １８ Ｃｒ １０ ２ Ｃｒ Ｃｒ Ｃｒ Ｃｒ
Ｃｒ Ｃｒ
分层
特 征
ＣＯＤ Ｃｒ
／ ｍｇ
ｋｇ － １
Ｃｒ
Ｃｒ
变化范围
１５ ２９０ ～ ２１ ９４０ １０ ５４７ ～ ９３ ００８ ６ ７００ ～ ９ ２００
平均值
１７ ５８５ ２６ ５３９ ７ ９８９
浮泥层 黑泥层 黄泥层
１． ２
厚度在 ０． ２０ ｍ 左右， 呈黑色絮 凝状， 含水量高， 粒径较细 厚度在 ０． ５ ～ ２． ０ ｍ 左右， 含水 量随深度递减， 粒径较粗 灰黄色泥质， 质地密实， 含水量 较低， 水平层理发育
２ Ｚｈｕ Ｈｏｎｇｗｅｉ１， Ｓｈａｎｇ Ｘｉａｏ２ Ｚｈａｎｇ Ｋｕｎ３ Ｊｉａｎｇ Ｓｈｕａｉ１
，
，
，
：
，
，ａｎｄ ｃａｕｓｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｒｅｌｅａｓｅ．
，
Ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ ｉｎ ａ ｒａｔｈｅｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯＤ Ｃｒ ｕｎｄｅｒ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｆｌｏｗｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＣＯＤ Ｃｒ ｉｎ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｇｅｔｓ ａ ｓｔｒｉｋｉｎｇ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｌａｙｅｒ ｎｅａｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔｗａｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒｅｌｅａｓｅ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ ｒａｔｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｆｌｕｘ ｉｎ ｕｎｉｔ ｔｉｍｅ． Ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅｓ ｏｆ ＣＯＤ Ｃｒ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ． Ｂｕｔ ａｔ ａ ｓｈａｌｌｏｗ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｗｉｌｌ ｄｅｓｔｒｏｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
３ Ｃｒ Ｃｒ Ｃｒ Ｃｒ
试验方法
ＷＡＴＥＲ ＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
本试验是在上海大学循环玻璃水槽中进行的。 水槽主体段长为 ６ ｍ、 宽为 ０． ２５ ｍ、 高为 ０． ４５ ｍ。试 验时通过变频水泵将回水箱中的水抽取进入玻璃水 图 动水和静水条件下实测 释放量和 槽中。入口处有四道整流格栅， 水由尾门排出， 经回 自净消耗 随时间变化 水管流回水箱， 通过调节水泵流量和尾门开度， 使得 水槽中最大控制流速为 ０． ２２ ｍ ／ ｓ， 最大控制水深为 ０． ２５ ｍ。水箱容量为 １． ５ ｍ ， 能够满足循环水流的 稳定运行和对温度和复氧等的限制要求。 由图 １ 可知整体上实测 ＣＯＤ 释放量和自净消 试验时，将底泥样品均匀平铺在水槽中长为 耗 ＣＯＤ 都是随时间的增加而增大的。动水时真实 ４ ｍ 的凹槽中， 使得水流下部与底泥上部基本齐平， ＣＯＤ 释放量也是随着时间的增加增大的。自净消 减少不必要的冲刷损失和误差。用 ＬＧＹ Ⅱ型智能 耗 ＣＯＤ 量初始时刻很少， 但是随着时间的增加， 自 — ８２ —
尚 晓 ， 张 坤 ， 江 帅 朱红伟 ，，
１ ２ ２ ３ １
（ １． 中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司航道疏浚技术交通行业重点实验室， ２． 中交上海航道勘察 上海 ２００１２０； ３． 城市水资源开发利用（ 设计研究院有限公司， 上海 ２００１２０； 南方） 国家工程研究中心， 上海 ２０００８２） 由机械扰动水流造成的底泥再悬浮污染物释放作用十分明显。通过循环长直水槽试验， 研究了水 摘 要 河流湖泊疏浚时， 动力学条件对底泥污染物内源释放效应的影响。分别在上覆水体静止和流动情况下， 分析了水体 ＣＯＤ 的变化规律。结果表 明水体的自净作用在动水条件下显著增强。动态水流通过减小底泥 水界面浓度边界层厚度和破坏底泥 水界面底泥表面结 构， 增大底泥污染物释放速率和通量。底泥 ＣＯＤ 释放量随着流速的增加而增大， 随着水深的增加而减小。但是在水深较浅 时， 波浪会破坏底泥表层结构， 引起底泥污染物的再悬浮释放。单位时间单位面积底泥污染物释放量随着时间的增加而迂回 减小， 底泥内部污染物向泥 水界面的扩散维持了底泥内源释放效应。 关键词 疏浚扰动 水动力 底泥再悬浮 化学需氧量 水污染 ＴＶ１３１． ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９ ０１７７ （ ２０１４ ） ０２ ００８１ ０５ 中图分类号：Ｘ１４３；
（ ）
城市河流水体流速缓慢， 又处于相对封闭环境 中， 造成大量的污染物积聚在河床底泥中。当船舶 行驶或疏浚时， 底泥中的污染物极易随着泥沙的再 ，导致河流水体水质严重恶 悬浮释放到水体中 ［ ］ 化 。底泥污染物的释放已成为水环境修复的难
１ ９
［收稿日期］２０１３ ０９ ２２ ［基金项目］国家自然科学基金资助项目 （ １０９７２１３４ 、 １１０３２００７ ） ； 上 １１２３１２００３００ ） 海市科技攻关项目（ ［作者简介］朱红伟 （ １９８４ — ） ， 男， 博士研究生， 从事环保疏浚研 。 Ｅｍａｉｌ ： ｊｕｎｅ０８２９＠ １６３． ｃｏｍ。 究
净 水 技 术
Ｖｏｌ． ３３ Ｎｏ． ２ ２０１４
Ａｐｒｉｌ ２５ｔｈ ２０１４
， ，
，
在浊度开始变 作用。但是初始 ＣＯＤ 释放量骤减， 平稳时刻， 释放量开始急速增加， 之后再慢慢趋于稳 定。这可能上覆水体突然由静止变为运动时， 底泥 表面一些不稳定的颗粒被瞬间冲刷起来， 造成浊度 的短暂增加， 之后底泥表面泥沙趋于稳定。而这些 发生再悬浮的颗粒对原存在于水体中的絮凝物产生 了吸附作用， 使得 ＣＯＤ 释放量不增加反而减少， 这 ２． ２ 上覆水体静止和流动时对水质的影响 ［ ， ］ 水体底泥污染物释放很大程度上依赖于上覆水 可称为悬浮释放初期的阻滞效应 。 体的流动情况。在水体静止和流动时， 底泥影响水 质的方式有所不同。水体静止时一般通过底泥 水 界面的分子扩散向上覆水体释放污染物； 当水体流 ， 速达到一定程度时 底泥主要通过再悬浮释放方式 影响水质。图 ２ 和图 ３ 分别显示了动水和静水下单 位面积底泥释放 ＣＯＤ 量和浊度以及 ＤＯ 和 ｐＨ 随 时间变化的关系。
１０ １４ １５ １７
朱红伟， 尚 晓， 张 坤， 等． Ｖｏｌ． ３３ ， Ｎｏ． ２ ， ２０１４ 疏浚水流扰动作用下的河道底泥污染物释放效应 通过测量靠近入口和底泥中部的 及底泥污染物释放扩散过程对环保疏浚的本质机理 流速仪测量流速， 有着重要的理论指导意义。在上海市苏州河环境综 ２ 个断面， 每个断面 ３ 个测点， 得到断面平均流速。 合整治中底泥再悬浮释放污染物被认为水质恶化的 试验水样的采集采用虹吸原理， 分别在底泥上游， 底 原因之一， 因此本文以其中严重污染区域的底泥作 泥中部和底泥下游布置 ３ 个采样架。每个采样架上 为研究对象， 以水体水质分析常采用的化学需氧量 有 ２ 个位于不同深度的采样点， 采样 间距为 ０． ０５ ｍ， （ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ ，ＣＯＤ） 来反映底泥污染物 钢管直径为 ０． ００１ ｍ。静水试验在圆桶中进行， 桶 ［ ， ］ 释放的程度 ， 通过在循环水槽模拟水流扰动的 直径为 ０． ２４ ｍ。水样中 ＣＯＤ 的测定选用重铬酸钾 试验， 研究水动力条件对底泥内源释放的影响， 为今 氧化法［ ］。ＤＯ 采用 ＪＰＢ ６０７ 型便携式溶解氧仪 后的研究治理工作提供一定的理论依据。 测定。用 ｐＨ 计测定 ｐＨ。本试验中浊度使用的单 位是 ＦＴＵ， 福尔马肼浊度单位， 相当于 １ Ｌ 水中含有 １ 材料与方法 ０． １３ ｍｇ 的 ＳｉＯ 时所产生的浑浊程度， 采用 ＬＰ２０００ １． １ 样品的采集和处理 型浊度仪测定。由于试验中使用的水体为自来水， 本试验选取的采样点位于苏州河古北桥路段和 而自来水本身存在一定的 ＣＯＤ 含量， 故在处理数 中潭路段， 处于污染严重区域。采用抓泥斗在苏州 据时， 要扣除自来水 ＣＯＤ 对上覆水体中 ＣＯＤ 的 河采集点的表层 ２０ ｃｍ 的底泥沉积物， 运回实验室 影响。 冷置备用。根据野外柱状采样剖面的观察， 苏州河 ２ 结果和讨论 底泥具有明显的层序结构， 一般包括顶部流动浮泥 层， 中部黑色污染沉积层以及底部灰黄色河道自然 ２． １ 水体实测和自净作用 沉积层。表 １ 列出了苏州河底泥不同层位物理特 本试验中采用的是循环水槽， 底泥单位面积污 ＣＯＤ 的含量变化范围及其平均值。 征， 染物释放量均是累积释放量。在研究流速和水深的 实验中均需对水体的自净作用考虑， 因此底泥真实 表 １ 苏州河底泥不同层位特征及 ＣＯＤ 含量 的释放率需要对实测值进行修正。图 １ 显示了动水 Ｔａｂ． １ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＣＯＤ （ 流速为 ０． １ ｍ ／ ｓ， 水深为 ０． １０ ｍ）和静水件下实测 ａｔ Ｃｏｌｕｍｎａｒ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ Ｌａｙｅｒｓ 含量 （ · ） ＣＯＤ 释放量和自净消耗 ＣＯＤ 随时间变化。
ｃｉｒｃｕｉｔｏｕｓ ｃｏｕｒｓｅ． Ｔｈｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｆｒｏｍ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｗａｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｗｉｌｌ ｍａｉｎｔａｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｆｒｏｍ ｓｅｄｉｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｄｒｅｄｇｉｎｇ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ ＣＯＤ ｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ
点， 要达到理想的治理效果， 恢复河流的生态重建， — —污染底泥。疏浚是通过 必须彻底清除污染内源— 去除受污染的表层底泥来控制污染物的释放和减少 ，已被世界上许多国家所采 污染物生物有效性 ［ ］ 用 。但是疏浚过程中， 仍然会造成对水体底泥 的扰动， 增加上覆水体中污染泥沙的浓度， 对河流水 体造成二次污染。因此研究疏浚时减少因水体扰动 而引起的污染物释放即环保疏浚有着重要的意 义［ ］。挖掘精度控制和防止扰动扩散是环保疏 浚研究的关键。研究底泥再悬浮和水动力的关系以 — ８１ —
Ｃｒ Ｃｒ
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ Ｒｅｌｅａｓｅ ｆｒｏｍ Ｒｉｖｅｒ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ＨｙｄｒｏＤｒｅｄｇｉｎｇ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
（ １． Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｄｒｅｄｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｄｒｅｄｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２０８ ，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｃｏ． ，Ｌｔｄ． ｏｆ ＣＣＧＲＰ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１２０ ，Ｃｈｉｎａ； ３． Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ （ Ｓｏｕｔｈ） ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００８２，Ｃｈｉｎａ）
净水技术
２０１４ ３３ ２
， （） ： ８１
８５
ＷＡＴＥＲ ＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
净 水 技 术
Ｖｏｌ． ３３ Ｎｏ． ２ ２０１４ Ａｐｒｉｌ ２５ｔｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，２０１４ Ｗａｔｅｒ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
， ，
疏浚水流扰动作用下的河道底泥污染物释放效应
１０ １８ Ｃｒ １０ ２ Ｃｒ Ｃｒ Ｃｒ Ｃｒ
Ｃｒ Ｃｒ
分层
特 征
ＣＯＤ Ｃｒ
／ ｍｇ
ｋｇ － １
Ｃｒ
Ｃｒ
变化范围
１５ ２９０ ～ ２１ ９４０ １０ ５４７ ～ ９３ ００８ ６ ７００ ～ ９ ２００
平均值
１７ ５８５ ２６ ５３９ ７ ９８９
浮泥层 黑泥层 黄泥层
１． ２
厚度在 ０． ２０ ｍ 左右， 呈黑色絮 凝状， 含水量高， 粒径较细 厚度在 ０． ５ ～ ２． ０ ｍ 左右， 含水 量随深度递减， 粒径较粗 灰黄色泥质， 质地密实， 含水量 较低， 水平层理发育
２ Ｚｈｕ Ｈｏｎｇｗｅｉ１， Ｓｈａｎｇ Ｘｉａｏ２ Ｚｈａｎｇ Ｋｕｎ３ Ｊｉａｎｇ Ｓｈｕａｉ１
，
，
，
：
，
，ａｎｄ ｃａｕｓｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｒｅｌｅａｓｅ．
，
Ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ ｉｎ ａ ｒａｔｈｅｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯＤ Ｃｒ ｕｎｄｅｒ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｆｌｏｗｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＣＯＤ Ｃｒ ｉｎ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｇｅｔｓ ａ ｓｔｒｉｋｉｎｇ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｌａｙｅｒ ｎｅａｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔｗａｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒｅｌｅａｓｅ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ ｒａｔｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｆｌｕｘ ｉｎ ｕｎｉｔ ｔｉｍｅ． Ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅｓ ｏｆ ＣＯＤ Ｃｒ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ． Ｂｕｔ ａｔ ａ ｓｈａｌｌｏｗ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｗｉｌｌ ｄｅｓｔｒｏｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ