1、毕业论文 开题报告 环境工程 污染河流沉积物理化性质的分析研究 一、 选题的背景、意义 嘉兴地处我国工农业生产最发达、人口密度最大的长江三角洲杭嘉湖平源腹心 , 东临大海 , 南倚钱塘江 , 北负太湖 , 大运河贯穿境内。域区处于江、海、湖、河交会之位 , 扼太湖南走廊之咽喉 , 全市河道纵横 , 水乡特色浓郁。但 随着嘉兴工农业经济的快速发展，工业“三废”的排放及居民生活垃圾污染和含重金属的农药、化肥的施用量都逐渐上升。河流污染日益严重，导致该流域内底泥中污染物含量不断增加。目前嘉兴市河流污染问题已成为重要的环境问题。 沉积物往往是水体中最大的营养物质的源和库，在一定的条件下，它们是河流富营
2、养化的主导因子。而其中沉积物的物理化学性质对于氮磷含量及其形态的影响是至关重要的。 河流底泥在水环境中发挥着重要的作用，它是水中各种污染物的源和汇，并记录着河流环境变化的丰富信息。嘉兴市河流众多，其水质状况直接影响人体的健康和经济的可持续发展。 因此，本研究拟选择嘉兴学院的几条河流为研究对象，分别采集其沉积物样品，测定沉积物的阳离子交换量、有机质含量、粒径分布、主要氧化物含量等主要理化性质参数，同时测定沉积物中氮磷的赋存含量，并分析理化参数与氮磷含 量之间的相关关系，为水体富营养化治理提供理论依据 。 分析污染河沉积物的理化性质对掌握嘉兴市水体污染现状对提高嘉兴市居民生活用水质量，加强工业治污
3、力度，建设生态城市及确保经济可持续发展等都具有重要意义。 二、 相关研究的最新成果及动态 现阶段我国在经济持续高速增长的同时，所带来的最大负效应就是环境污染日益严重，大江大河及湖库水环境质量日趋恶化。根据 1993-1995 年水利部组织的中国水资源质量评价，在评价的 700 余条河流中，水质良好的只占评价河长的32.2%，受污染的河流己占到了评价河长的 46.5%， 90%以上的城 市水域污染严重 .我国湖泊富营养化的研究大致是从 20 世纪 80 年代开始， 1980 1985 年中国环境科学研究院与有关单位、高等院校合作，开展了我国湖泊富营养化的调查研究1。调查结果表明，我国绝大多数湖泊
4、在 20 世纪 70 年代后期和 80 年代初还处于贫一中营养或中一富营养状态，达到富营养亿的湖泊面积只占调查面积的0 3。 沉积物作为湖泊营养物质的内负荷源，其物理性质、物理化学性质、化学性质以及生物化学性质都对湖泊富营养化进程产生着重要的影响 2。 2 1 沉积物营养盐的含量和形态研究 国内关于河流沉积物的研究主要 围绕着沉积物营养盐污染及重金属污染研究。对于水体富营养化的研究开始较早，而对沉积物在水体富营养化的作用和对水体沉积物营养盐的含量和形态开展研究主要在 20 世纪 90 年代初期才开始 3，多数研究者认为水体沉积物是氮磷等生源要素重要的蓄积库，同时水体沉积物也是氮磷等生源要素重要
5、的污染源，因此 测定沉积物的阳离子交换量、有机质含量、粒径分布、主要氧化物含量等主要理化性质参数及沉积物中氮磷的赋存含量，并分析理化参数与氮磷含量之间的相关关系，对水体富营养化治理具有重要意义 。 2.1.1 沉积物中氮的研究 沉积物氮的形态包 括无机氮和有机氮，其中无机氮又分为氨氮，硝态氮和亚硝酸氮，在氨氮和硝态氮同时存在的情况，氨氮优先被浮游生物吸收利用，因此氨氮的含量和比例在一定程度上决定了水体生态效应和环境污染特征 4，同时氨氮和硝态氮含量的对比特征也可以在一定程度上揭示水体沉积物的氧化还原状况。 氮素在沉积物水界面间的交换大部分以无机氮的形式进行，当上覆水体中NH4+和 NO3-的浓
6、度高于沉积物中 NH4+和 NO3-的浓度时，沉积物就会起到“汇”的作用，从上覆水体吸附无机氮；反之，当上覆水体中 NH4+和 NO3-的浓度低于沉积物中 NH4+和 NO3-的浓度时，沉积物就会起到“源”的作用，向上覆水体释放无机氮，并以此来调节和维持氮素在沉积物 -水界面间的动态平衡 5。同时，多数河流由于水深较浅，沉积物 -水界面受到风浪扰动较为频繁，生态系统结构复杂，使得氮素在界面间的吸附释放过程受到多种因素的综合作用，因此，了解氮素在表层沉积物中的吸附释放特性对于改善和治理湖泊的富营养化状况是十分必要的。 2.1.2 沉积物中磷的研究 沉积物磷的形态是以多种复合的形式存在的，一般将沉
7、积物中的磷分为 5类，即可浮磷，铁结合态磷，铝结合态磷和钙结合态磷以及有机磷，沉积物 磷形态含量，比例可以反映出污染源化学组分和污染程度大小 6。从而探索水体污染的来源推理，同时沉积物磷的形态和比例直接影响水体沉积物的稳定性。 河流水体是一个稳定体系，环境对它的物质输入和其自身的输出是平衡的。输入到水体的磷，一部分被水生生物吸收利用，一部分以各种形式存在于水中，还有一部分则通过物理的、化学的、生物的作用，逐渐沉降至水体底部，经过长期的积累，在底部形成营养盐含量高的沉积物。沉积物表层所积累的磷，部分可以被微生物直接摄入利用，进入食物链参与生态系统的循环。水体营养物质的沉降积累是极其复杂的动态 过
8、程。它与输入的输出水体磷负荷的速率，水体的水力冲刷作用，水化学和地球化学等因素有着密切关系。不同的水体，其营养物质积累的速率不同，积累量和形态分布都表现出一定的差异性。 沉积物从上覆水体和周围环境接纳各种活性的和难溶的有机的和无机的磷化合物的混合物质，其中一部分作为惰性物质而简单地以最初的形式埋藏在沉积物中，其余的则通过分解或溶解作用释放磷酸盐到沉积物间隙水中。间隙水中的磷或释放到上覆水体中，或在沉积物中作为一种自生相而再次沉淀，或被沉积物所吸附。磷在沉积物一水界面的循环受沉积物吸附、释放以及间隙 水扩散三个作用的控制。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标
9、3.1 课题研究内容 本研究拟选择嘉兴学院的几条河流为研究对象，分别采集其沉积物样品，测定沉积物的阳离子交换量、有机质含量、粒径分布、主要氧化物含量等主要理化性质参数，同时测定沉积物中氮磷的赋存含量，并分析理化参数与氮磷含量之间的相关关系，为水体富营养化治理提供理论依据。 3.2 研究方法 3.2.1 含水率测定 沉积物样过 2mm的网筛，取 40 509土样，在 105下烘干至恒重，测含水率；取 3 4g沉积物样品 (干重 )，在 550的条件下烧 2h，测定烧失量 7。 3.2.2 沉积物粒度测定 取沉积物样品 0 2 0 59，加入 lOml浓度为 10的双氧水，在加热板上加热使其充分反
10、应以有效地除去样品中的有机质，之后加入 lOml浓度为 10的盐酸并煮沸使其充分反应除去碳酸盐将烧杯中注满蒸馏水并静置一夜，去掉上层清液，加入 lOml浓度为 0 05mol L的六偏磷酸钠分散剂并用超声波清洗机振荡10rain后使用 Malvem Mastersize 2000粒度仪进行测量 8。 3.2.3阳离子交换量的测定 NH4Cl (NH4)2C2O4法： 称取过 1mm 筛孔的风干样品 2g 于 50mL 烧杯中 , 加入20mL 的 1 moL/ L NH4Cl, 烧杯上盖一玻璃皿 , 于火炉上小火微沸至无氨气味后 , 连土带溶液用 1moL/ L NH4Cl 溶液转入到离心管
11、, 在离心机用 2 500r/min 的转离速度离心 35min。取出离心管 , 弃去上清液。离心管内重新加 95%乙醇 ,重复以上操作 23 次 , 除去可溶性盐。直接在水浴上把乙醇蒸干后 , 加入 20.0mL 0.05 moL/ L(NH4)2C2O4 0.025 moL/ L NH4Cl 混合交换剂 , 在振荡机上连续振荡10min。整个振荡过程与其后过滤过程都需要加盖 , 以防 NH3 逸出。干过滤 ,滤液供测 NH4+用。 准确吸取滤液 1mL 放入扩散皿外室 , 再加 2mL 纯水于外室 , 轻轻旋转扩散皿摇匀外室溶液 , 取 2mL 的 2%H3BO3 指示剂混合液放入扩散皿外
12、室 , 皿外缘涂拨层碱性甘油 , 加盖毛玻片 , 检查是否密封 ; 然后将毛玻片推开一个小缝 , 在外室加入 10mL 的 1moL/ L NaOH 立即盖严 , 轻轻摇匀。室温下扩散 24h 后 , 用 HCl 标准溶液滴定内室溶液。同时吸取 1mL 混合交换剂与上法相同做一对照测定。对照与待测定结果之差 , 即可计算出阳离子交换量。 3.2.4 有机质测定 有机物的测定方法有很多种，包括 目视比色法，灼烧法，光度法，直接加热消解法等。各方法都存在一些优缺点，其中 目视比色法和灼烧法测定的结果较误差较大 , 但其具有方便快捷、不污染两大主要优点。目视比色法在有一定准确度的情况下能够做到简单易
13、行 , 快速得出分析结果 , 适合于在条件艰苦的地方使用。灼烧法虽然测定方法简单 , 但其灼烧时间较长 , 灼烧温度很高 , 马福炉从升温到降温最少得一整天 , 费时费力 , 有一定的局 限性。直接加热消解法是对油浴法在加热条件上进行了改进 , 而光度法是将容量法的滴定手段改为光度测定手段。直接加热消解法和油浴法其工作量与样品数量是成正比的 , 当遇到大批量的样品时 , 费时又费工 ; 而光度法在保证测定结果准确性的同时能够做到大批量的快速测定 ,既省时又省工。 本实验我选择采用 重铬酸钾稀释热比色法，该方法操作简便，实验步骤容易掌握，测定的灵敏度和准确度高，干扰少，而且可以节约油料、能源、时
14、间以及减少环境污染和消除实验中的安全隐患。 在沉积物样品中直接加入 重铬酸钾 和浓硫酸，利用浓硫酸和重铬酸钾溶液迅速 混合时所产生的热（温度在 120 摄氏度 左右）来氧化沉积物中的有机碳（氧化程度 76%），以代替外加热中的油浴加热，操作更加方便。样品氧化液用 TFW1)型数字直读式多功能土壤分析仪，选用波长为 620nm 滤色片，用 5cm 比色皿直接比色测定，以测出的表头读数来计算有机质的含量。 3.2.5沉积物总氮及总磷测定 新鲜沉积物自然风干，研磨并过 100目筛。总氮的测定用 碱性过硫酸钾消解 -紫外分光光度法 9，总磷的测定用过硫酸钾消解 -钼锑抗比色法。 碱性过硫酸钾消解 -紫
15、外分光光度法 :在 60 以上水溶液中，过硫酸钾可 分解产生硫酸氢钾和原子态氧，硫酸氢钾在溶液中离解而产生氢离子，故在氢氧化钠的碱性介质中可促使分解过程趋于完全。分解出的原子态氧在 120 124 条件下，可使水样中含氯化合物的氮元素转化为硝酸盐。并且在此过程中有机物同时被氧化分解。 利用 硝酸根离子对 220nm波长光有特征吸收，与其标准溶液对该波长光的吸收程度比较定量。因为溶解性有机物在 220nm处也有吸收，故根据实践，一般引入一个经验校正值。该校正值为在 275nm处（硝酸根离子在此处没有吸收）测得的吸光度的 2倍。在 220nm处的吸光度减去经验校正值即为净硝酸根 离子的吸光度。该方
16、法最低检出浓度为 0.8mg/L，测定上限为 4mg/L。 过硫酸钾消解 -钼锑抗比色法于 700 nm 波长处测定： 取 7 支具塞刻度管分别加入 0.0， 0.25， 0.50， 1.50， 2.50， 5.00， 7.50mL 磷酸盐标准溶液，加水至25mL。向比色管中加入 0.5ml10%抗坏血酸溶液，混匀。 30s 后加钼酸盐溶液充分混匀，放置 15min。用 10mm 比色皿，于 700nm 波长处，以零浓度溶液为参比，测量吸光度，根据 测量的吸光度和相对应磷浓度绘制标准曲线 。 3.3 研究难点 由于嘉兴水域面积宽广，河流众 多，这就给采集具有代表性的土样造成一定的难度 。 另外
17、土样的脱水也是本实验的难点之一。 3.4 预期目标 分析嘉兴主要河流的沉积物理化性质，为了解嘉兴河流水质以及水体富营养化治理提供理论依据同时达到有效掌握嘉兴市水体污染现状，提出针对性的 治污方案 。 四、论文详细工作进度和安排 2010.10.20-2010.11.22：毕业设计（论文）选题，查阅文献等前期准备工作； 2010.11.23-2010.12.31：在广泛查阅文献资料的基础上，完成外文翻译、文献综述和开题报告等工作； 2011.1.1-2011.1.10：毕业设计（论文）开题报告； 2011.1.11-2011.5.8：进行课题的实验、设计、调研及结果的处理与分析等， 2011.5
18、.9-2011.5.23：完成毕业设计说明书或论文写作，进行毕业设计（论文）的审阅和修改完善； 2011.5.24-2011.6.3：毕业设计（论文）的答辩。 五、主要参考文献 1 夏学惠，东野脉兴，周建民等，滇池现代沉积物中磷的地球化学及其对环境影响，沉积学报， 2002， 20(3)： 416 420 2 李震 字，朱荫湄，王进，杭州西湖沉积物的若干物理和化学性状，湖泊科学 ,1998， 10(1)： 79 84 3 李文朝， 关于湖泊沉积物磷释放及其测定方法的雏议 ，湖泊科学， 1999， 11（ 4）： 296 303 4 范成新， 太湖沉积物 水界面生源要素迁移机制及定量化，湖泊科学
19、，2004,16（ 1）： 10 20 5 杨龙元，蔡启铭，秦伯强等，太湖梅梁湾沉积物水界面氮迁移特征初步研究，湖泊科学， 1998, 10(4)： 41-47 6 黄清辉 ， 王东红 ， 王春霞等， 沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系， 中 国环境科学 2003,23(6)： 583 586 7 HAkanson L,Jansson M Principles of lake sedimeutology New York：Spfinger-Verlag， 1983 8 An z， Kukla G， Porter S et a1 Late quaternary dust flow on the chinese loess plateau Catena， 1991， 18(2)： 125 132 9 国家环境保护总局主编 .水和废水监测分析方法 (第四 版 ).北京 :中国环境科学出版社 ,2002,234-256 10中国科学院南京土壤研究所，土壤理化分析，上海：上海科学技术出版社，1978
