1、毕业论文文献综述环境工程内河沉积物耗氧（SOD）对水体改善的影响研究摘要大量的城市污染物排放到水体并沉积下来，造成城市内河的负担越来越大。城市内河沉积物中有机物造成的内源性污染，尤其是沉积物耗氧引发的水体缺氧成为了水体改善的一大难题。改善城市内河水质的最重要途径是降低内河沉积物耗氧（SOD）对水体改善的影响，常用方法有引水冲污、生物治理、物理增氧等方法。在现有国内外研究的基础上，研究SOD的数学模型，设计实验方案测定水体中的沉积物耗氧情况，探寻内河沉积物耗氧（SOD）对水体改善的影响。关键词城市内河；沉积物耗氧；水体改善1前言随着城市化进程的发展，污染物不断被排入城市内河并逐渐在沉积物中富集，
2、使得内河受到不同程度的污染。由于城市内河和与地表径流大不相同，大多内河水系与外水系不连通，水流流速缓慢，因而容易造成过剩营养物质的沉积。当内河水体的外源污染较严重时，污染物浓度通量是向下的，污染物汇集到内河底泥中；当外源污染受到有效控制后，底泥中的污染物浓度通量是向上的，污染物将从底泥释放到上覆水体中，成为内河水体的内污染源1。因此，内河沉积物既可以成为水体污染的汇，又可以成为水体污染的源。目前对于城市内河的研究多集中于水体有机物污染和富营养化25，而由沉积物耗氧引起的内河发黑发臭等缺氧症状成了内河治理中的瓶颈，因此研究内河沉积物耗氧（SOD）对水体改善的影响对内河治理具有重大意义。2改善内河
3、水质的方法21引水冲污工程当前，我国许多改善城市内河水质大多都采用引水冲污的办法。引水冲污工程是通过改变内河原有的水动力条件，使得冲污区内流量加大，流速提高，增加了水体中溶解氧的含量，进而减少黑臭，从而使得水质得到改善6。但是引水冲污工程投资和日常运行费用巨大，已成为我国许多城市财政巨大负担，也使城市内河治理进入了恶性循环，造成引水冲污时城市内河水质良好的假象，使城市内河水质的保持需要靠引水冲污才能达到。同时由于长期的引水冲污造成城市内河自身生态环境完全丧失，非但没有改善水体的水质，而且使得内河水体自身的生态平衡被破坏，其自身的恢复需要很长的时间。因而该方法在改善内河水体方面是治标不治本，应适
4、当加以控制。22生物工程生物治理工程是以恢复城市内河水体自身水生生物为目的的。在城市内河污染源得到有效遏制后，尽快恢复水体自身生态平衡系统，恢复和丰富城市内河中水生生物链，使城市内河水体自身具有一定的生物净化和平衡功能，进而使城市内河具有一定的水环境容量，对污染物具有一定的冲击能力7。生物修复技术改善内河水质的优势在于，治理成本低，效果好，不产生二次污染。但其也仍存在着一些难度，例如恢复周期长，需创造出适合生物生存的环境。23物理增氧工程物理增氧的常用方法是水体人工曝气，其可在短时间内取得降低水体污染程度和提高溶解氧浓度的效果8，但要发挥水体人工曝气复氧技术的实际效益,必须制订应用该技术的具体
5、方案，得出可行的增氧量、曝气方式、季节最优化组合。最大的特点是提高溶解氧浓度效果明显，但其投资和日常运行成本高。3沉积物耗氧（SOD）31沉积物耗氧（SOD）的定义沉积物耗氧速率SEDIMENTOXYGENDEMAND，简称SOD是由英国的WELCH在1935年首次提出的，是指水体底部沉积物消耗上覆水中溶解氧（DO）的速率。沉积物耗氧（SOD）可分为两部分（1）上覆水体扩散到水底沉积物中的溶解氧被消耗，其中包括底泥中还原性物质的化学耗氧和栖息在表层底泥的好氧微生物及无脊椎动物的呼吸耗氧（BSOD）；（2）底泥中的还原态物质扩散到上覆水体中被氧化的化学耗氧（CSOD）9。32SOD的国内外研究水
6、体水质的一个重要指标是水体中的溶解氧含量，而水体中溶解氧主要来源于大气复氧和光合作用产氧等，而耗氧过程则包括生化需氧BOD、底泥耗氧SOD、氨的硝化、及浮游植物和动物的呼吸等。SOD是反映内河沉积物耗氧的综台指标，其中表层底泥中有机物生物降解和氨的硝化过程是SOD的主要构成10，另外底泥中的铁、锰、硫化物等的化学耗氧也可能对SOD有重要的作用。沉积物耗氧（SOD）在水体氧平衡中具有重要的作用，同时也是内河水体治理过程中必不可少的一个重要参数。国外学者对沉积物营养物质迁移转化规律的研究，最早可追溯到20世纪四、五十年代的实验室和现场测定，20世纪七、八十年代时进入了研究高潮，并在20世纪八、九十
7、年代总结出一些沉积物耗氧数学模型，对研究水质改善起到了重要作用1114。国内对于沉积物耗氧的研究起步较晚，到20世纪八十年代才逐渐开始研究，由于测量技术难、水质较差等原因，大多仅处于实验研究阶段。近几年来，开始展开现场测量和数学模型相结合的研究，更准确地研究沉积物中营养物质迁移扩散导致水体耗氧的规律，对水质改善有极大的帮助。33SOD的数学模型在自然水体中，底泥与上覆水之间主要的相互作用是泥水界面间物质的交换。沉入底泥或从底泥扩散到上覆水的溶解态、颗粒态物质是水体内化学和生物循环的重要组成部分。通常认为底泥消耗的氧可分为两部分第一部分是上覆水体扩散到水底沉积物中的溶解氧被消耗，其中包括底泥中还
8、原性物质的化学耗氧和栖息在表层底泥的好氧微生物及无脊椎动物的呼吸耗氧；第二部分是底泥中的还原态物质扩散到上覆水体中被氧化的化学耗氧。但是国外研究对于扩散进入上覆水体的物质引起的耗氧行为的定义较模糊。沉积在底泥内的有机物是底泥耗氧的根源，底泥消耗的氧都源于有机物的矿化，表层有机物在微生物呼吸作用下降解，产生呼吸耗氧；兼氧层、厌氧层有机物与底泥内的氧化物反应，生成各种还原性物质，这些物质既产生化学耗氧又产生呼吸耗氧。底泥污染物释放的动力学主要由两个过程决定。一个是微生物的活动，它决定着污染物的相互转化和存在形态，是否容易释放和在什么条件下可能释放等；另一个是水力过程，它决定着污染物在底泥孔隙内部的
9、传质速度，底泥悬浮状态和沉积状态，以及底泥颗粒对污染物的吸附携带等15。这两个过程相互作用，相互影响，在很大程度上决定了底泥污染物的释放动力学特征。沉积物耗氧（SOD）的数学模型研究主要在于对泥水界面的非定向扩散传质的研究，这是由传质和两界面的生化反应共同控制的。这两边界层分别为水表面的扩散边界层和沉积物中的渗透深度，这其中的一个或者两个都能对SOD产生影响。这个传质的过程由沉积物控制还是由水界面控制取决于沉积物/水界面的剪切速率（U）和沉积物的生化活性率（0）。在稳定状态下，沉积物/水表面的剪切速度对DO具有较大影响，而当U02CM/S时对于有效深度没有较大影响1619。沉积物中的微生物活性
10、更大时，SOD上界值较小，即050MG/LD，U01CM/S时SOD01G/CM2,当微生物在沉积物中的活性较低（050MG/LD）混合水含量较低（U01CM/S）难以达到稳定状态时，SOD的量可大大超过01G/CM2，换句话说SOD值高则更快达到稳定状态20。4SOD对水体水质的影响影响水体水质的一个重要指标是水体中的溶解氧含量，而水体中溶解氧主要来源于大气复氧和光合作用产氧等，而沉积物中一部分还原性的有机质可以直接消耗水体溶解氧，此外，一部分有机质通过微生物降解间接消耗水体溶解氧。微生物在不同条件下对不同特性的有机质进行降解产生多种类型的产物，天然有机质是稳定性极好的天然腐殖质类物质，在实
11、际自然条件下其氧化过程极为缓慢和有限，不会对水体产生污染危害。因此沉积物耗氧（SOD）对上覆水的溶解氧含量影响很大，而沉积物耗氧（SOD）是由于沉积物中的还原性物质消耗上覆水的氧气引起的，根据FICK定律，可知沉积物耗氧可能与温度、沉积物质量、时间等有关。5结论与展望综上所述，在改善内河水体水质方面，目前虽有引水冲污工程和生物工程，却仍存在这一些不足之处。且目前对于城市内河水环境的研究多集中于水体有机物污染和富营养化，对沉积物的研究主要集中在重金属元素在存在方面，而在沉积物中有机质积累耗氧造成的水体缺氧方面所做的研究还不够。随着我国经济增长，经济环境友好型社会的提出，我国一些城市近些年已经重视
12、起沉积物耗氧对改善水质方面的研究，虽然目前对此方面的研究我国仍处于相对初级阶段，但我们有理由相信，沉积物耗氧对水体改善的研究有相当大发展空间，并将发挥其出色的作用。参考文献1李文红,陈英旭,孙建平不同溶解氧水平对控制底泥向上覆水体释放污染物的影响研究J农业环境科学学报,2003,22（2）1701732濮培民，王国祥，胡春华,等底泥疏浚能控制湖泊富营养化吗J湖泊科学20002,12（3）692793袁文权，张锡辉，张丽萍不同供氧方式对水库底泥氮磷释放的影响JJOURNALOFLAKESCIENCES2004,16（1）28344张毓祥，刘登国底泥营养物通量研究进展J上海环境科学2009,28（
13、3）1251295HUWF,WCHUALO,H,SINSN,YUPHF2001NUTRIENTRELEASEANDSEDIMENTOXYGENDEMANDINAEUTROPHICLANDLOCKEDEMBAYMENTINHONGKONGENVIRONMENTINTERNATIONAL26,3693756黄勇华污染河涌生态恢复的可行性方法J污染防治技术2003,16231337刘德明浅谈城市内河治理的方法J福建建筑2005,31011028徐祖信河流污染治理技术与实践M中国水利电力出版社,20021201219王敏，张明旭苏州河武宁路断面底泥需氧量的测定J上海环境科学2003,224184221
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15、6INSITUMEASUREMENTOFSEDIMENTOXYGENDEMANDINCATFISHPONDSAQUACULTURALENGINEERING,154,26127114LANSARDBRUNO,RABOUILLECHRISTOPHE,DENISLIONEL,GRENZCHRISTIAN2008INSITUOXYGENUPTAKERATESBYCOASTALSEDIMENTSUNDERTHEINFLUENCEOFTHERHONERIVERNWMEDITERRANEANSEA,CONTINENTALSHELFRESEARCH28,1501151015张丽萍，袁文权，张锡辉底泥污染物释放
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