1、 毕业论文 开题报告 环境工程 嘉兴市近海海域无机氮的测定与评价 一、选题的背景、意义 嘉兴地处中国东南沿海，长江三角洲杭嘉湖平原腹心地带，是长江三角洲重要城市之一，市境陆域东西长 92公里，南北宽 76公里，海岸线长 121公里，陆地面积 3915平方公里，其中平原 3477平方公里，水面 328平方公里，丘陵山地 40平方公里，市境海域 4650平方公里，近 10年来，长江三角洲快速发展及本地工农业生产和开发建设已对嘉兴水环境产生了巨大的压力，水体质量不断恶化， 伴随着沿海经济的迅猛发展，近海海域遭到越来越严重的污染，使海域环 境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源和人体健康产生有
2、害影响。近海水域的污染 已成为世界各国，特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。近岸海域均为我国的集约农业发达地区，在农业种植过程中大量施用化肥以及农药产生的污染物，相当部分通过农田回水、雨水冲刷、水土流失等方式随地表径流进人海洋。加之畜禽养殖业正在从传统的散养向集约化、规模化转变，大量的畜禽养殖场没有污染治理设施，与化肥、农药一起构成了区域性面源污染。 工业化进程的加快，政府追逐 GDP发展模式，企业追求利益最大化，治 污设施建设跟不上，大量造纸、纺织、化工、皮革等重污染行业聚集在近岸海域城市，尤其是一些污染大的企业如石化企业等更是集中分布在沿海地区。另外，还
3、有内地大部分工业废水也随径流流人大海。 如今无机氮已经成为近岸海域海水的主要污染物质之一，使得人们对于无机氮的研究和治理越来越频繁，也使得对它的控制越来越严格。近年来有监测显示大部分海域由于受到陆源污染物直接或者间接的污染，尤其是连续降雨后，淡水团带来大量无机氮，造成海域无机氮浓度的升高，为赤潮发生创造了条件，以致对海洋生态系统造成了严重的影响 1。 沿海岸河口市海 陆交互作用的重要环境界面，其水动力作用强烈、泥沙输移和充淤变化复杂、生物多样丰富，具有独特的环境功能和生态价值，尤其在清除河口陆源氮方面起着十分重要的作用。然而，海岸大规模开发使河口沿岸生态造成严重破坏和干扰，如何利用海岸湿地资源
4、，保护海岸湿地环境，有效开展富营养化治理，迫切需要加强对海岸河口湿地生源要素 地球化学循环过程进行系统的科学研究。 通过历史资料以及实验，得到一定的数据，大概的了解嘉兴市近海海域无机氮污染的状况。了解周边环境包括生活区，工业区，根据嘉兴的产业特色，对嘉兴市近海海域环境进行分析并评价，对嘉兴市近海海域无机氮污染的现状、存在问题做出初步研究，从环境规划与管理的角度出发，对嘉兴市近海海域环境中无机氮污染进行分析、测定及评价，最后得出结论，提出一些可行性的意见和建议。 开展对嘉兴市近海海域无机氮的测定与评价，了解嘉兴市近海海域 溶解无机氮的分布情况，对近海海域环境保护具有一定的 意义，符合我国可持续发
5、展的社会经济研究需求。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1我国近海海域无机氮污染现状及特征 2.1.1我国近海海域无机氮污染情况 据中国环境与发展国际合作委员会相关课题组 11 日在其 2010 年年会上发 布的中国海洋可持续发展的生态环境问题与政策研究报告指出，中国近海环境呈复合污染态势，陆源入海污染严重，防控难度加大。报告指出，近年来，中国近岸海域总体污染程度较高， 2009年不清洁海域面积约为14.7万平方公里，超过近岸海域面积的 50。陆地上人类活动产生的污染物通过直接排放、河流携带和大气沉降等方式输送到海洋，已严重影响海洋生态环境质量，成为海洋环境污染的关键因素。污染严重的海域集中
6、在辽东湾、渤海湾、莱州湾、胶州湾、珠江口等大型入海河口和海湾。陆源及其他来源污染物进入海洋环境，直接导致海洋水体、沉积物 和生物质量下降。其中陆源营养盐是导致我国近岸赤潮、绿潮灾害频发的主要原因之一。同时，污染、大规模围海造地、外来物种入侵导致滨海湿地大量丧失和生物多样性降低，近岸海洋生态系统严重退化。 2009年监测表明，中国受监控近岸海洋生态系统处于健康、亚健康、不健康的分别占 24、 52、 24。报告认为，中国近海生态系统正处在保护和建设的关键时期；海洋生态环境灾害频发，海洋开发潜在环境风险高；沿海一级经济区环境债务沉重，次级沿海新兴经济区发展可能面临新的危机和挑战 2。 由嘉兴市海洋
7、环境公报海洋环境监测结果表明：我市 所辖海域总体污染状况仍未好转，全部海域均为严重污染海域；海水中主要污染物为无机氮、活性磷酸盐和石油类，水体富营养化严重，与去年相比，污染程度有所加重。我市近岸海域海水中的无机氮含量超国家四类海水水质标准（ GB30971997 海水水质标准），为严重污染 3。 2009年底一份反映浙江省海洋环境质量状况的调查报告日前正式向社会发布，报告显示：我省海洋环境质量综合情况良好，但因陆域和港口船舶排污带来的无机氮和石油类等对我省沿岸海域影响较突出。 国家自然科学基金重点项目 “长江口滨岸潮滩复杂环境条件下物质循环 研究 ”和上海市基础研究重点项目 “长江口潮滩污染物
8、源汇通量及其生态效应 ”等课题为支撑，开展了多年实验室和现场模拟研究，得到以下关于无机氮的部分情况： 在上海长江口地区，长江口潮滩水体无机氮多年平均含量高达 130.47umolL -1，其中硝氮、氨氮和亚硝氮分别约占无机氮含量的 88、 11和 1。部分污染地段三态氮含量高达 485.97umolL -1 (硝氮 )、 65.43 umolL -1(氨氮 )和 34.81 umolL -1 (亚 硝氮 )，严重的无机氮污染将给河口生态系统健康及区域饮水安全造成严重的潜在 威胁。潮滩水体氨氮和亚硝氮含量表现出上游高于下游，南岸高于北岸的分布特征，而硝氮和总无机氮则是下游高于上游。潮滩水体各形态
9、氮在沿岸排污点附近显出超高累积特征，在远离两岸的江岛滩地含量较低。无机氨负荷量的季节分布模式复杂多变，总体上氨氮含量冬春季大于夏秋季，亚硝氮在高温季节含量较高。 2.1.2我国近海海域无机氮污染分布特征 据 2004年调查资料，研究长江口及其邻近水域溶解无机氮的分布变化特征。结果表明，高浓度溶解无机氮集中分布在河口附近。一般来讲，近岸硝酸盐浓度上层高于下层，远岸与之相反。由于生物和化学作用 的影响，亚硝酸盐和铵盐垂直断面分布较为复杂。随着长江径流量的增加与减小、冲淡水势力范围的扩大与缩小，硝酸盐季节分布随之变化，然而，亚硝酸盐春季浓度较高，铵盐冬季浓度远大于其它季节。各月 DIN/PO4-P
10、比值远高于 Redfield 比值。与 1985 1986 年相比， 20 余年溶解无机氮增加了 2.2倍， DIN/PO4-P比值升高了 1.4倍，这主要取决于溶解无机氮浓度的增加。溶解无机氮在河口的转移除了生物活动的影响外，主要受海水稀释作用的控制。 长江口各种形式的无机氮输出通量与长江径流量呈明显的线性正相关，主要由径流量 所控制。长江和长江口无机氮主要来源于降水、农业非点源化肥氮和土壤氮流失以及点源工业废水和生活污水排放等，三者分别占长江口无机氮输出通量的 62.3、 18.5和 14.4，降水输入是长江口高含量无机氮的主要来源。降水中的无机氮主要来源于化肥气态损失，动、植物过程和矿石
11、燃料燃烧释放的氮，实际上，化肥氮的气态损失和农业非点源流失大约占长江流域年化肥氮使用量的 60 4。 莱州湾海域的无机氮与莱州湾地区主要河流的无机氮之间有耦合作用，对莱州湾地区的无机氮的时空变化规律的探讨，有利于认识我国典型半封闭海湾生态环 境演变历史与变化趋势。无机氮的分析指出莱州湾的主要河道断面以氨氮为主，是污染型河流的特征，尤其以小清河污染最为严重。水库断面以硝酸盐氮为主，水质较好。次暴雨径流在降雨初期携带了大量的无机氮污染物负荷，对污染较重的小清河，暴雨将降低河道的污染物浓度。对于污染较轻的河流虽然次暴雨污染物浓度呈稀释型，但暴雨将冲刷和携带大量的泥沙及污染物汇入河道，反映出汛期河道的
12、污染物浓度比枯水期增加。莱州湾海域富营养化的状况与暴雨径流的次数、历时和大小密切相关。 2.2我国无机氮污染控制的前沿技术 2.2.1海洋异养细菌吸收法 针对不同海区中氮源的吸收研究， 90年代前期的大量工作聚焦在异养细菌如何利用有机和无机氮问题上。研究表明，某一海区的生产力高，溶解有机氮 (DON，主要指 DF)含量丰富时，异养细菌主要作为分解者利用有机物，并将其矿化分解成无机物。而当所研究的海区是贫营养海区或者处于异养状态时， DFAA的含量不能满足异养细菌对 N源的需要时，异养细菌会更偏爱的吸收 N-NH4，有时也会选择溶解的结合态氨基酸 (DCAA)，而 N-N03则被认为是最不喜欢的
13、氮源。 80年代后期，观点出现了分歧： Horrigan5等人发现了异养细菌对 N-N03的吸收，这一发现也被后来 Tupas 5等人研究证明： N-NH4， N-N03和尿素都被 亚硝酸氮 氨氮，并且在硝酸氮溶液中发生光腐蚀的比率要明显高于其它价态的氮溶液。在氨氮与亚硝酸氮溶液中，由于缺少氧化能力较强的离子，硫化镉的光腐蚀程度较低。由于紫外光光能较强，将部分负二价硫过度氧化为硫酸根，从而使催化剂光腐蚀程度较可见光下有所增高。 2.2.3二氧化钛光催化法 针对无机氮在水中具有高溶解度和特别稳定的性质，近年来发展了多种高级水处理脱氮技术，如生物法，反渗透法、离子交换法、电离解法等 10。其中较为
14、常用的生物脱氨氮方法包括硝化、反硝化、氨厌氧氧化和短程硝化反硝化过程 11。但生物处理后的溶液中通常还存在有一种或多种含氮物质，而且往往会受处理废水浓度的限制。而物理化学法只是将处理溶液中的废物浓缩再从中转移，最终并没从环境中消失。电化学氧化则适用于低浓度的废水，并需要较高超电压且矿化效率比较低。但在处理商毒性和低浓度废水时则遇到困难。而光催化法克服了以上诸多方法 的不足，通过氮的一系列氧化还原，最终达到无害化处理。且反应条件温和、选择性好，不受污染物浓度限制，通过含氮污染物的系列氧化还原，可形成氮气而彻底脱氮。随着光催化技术的发展，它将会成为更有效、友好的脱出水中无机氮的方法 10。大连理工
15、大学的李威、李秀婷、马慧等对光催化脱除水体中的无机氮进行了较系统的研究，研究表明可以利用活性碳纤维作模板制备的高活性氮掺杂二氧化钛实现氨氮的日光光催化脱除，以该催化剂空气曝气条件下日光照射水体中的氨氮，脱除率可达 47，其中总氮去除率达 38，在紫外光条件下氨氮和总氮的去除率进 一步增大；而金属掺杂催化剂可以实现紫外光照射下高效的氧化和还原反应的耦合，同时脱除氧化态氮和还原态氮，耦合反应受到反应条件 pH的影响。 2.2.4单级生物接触氧化法 利用在填料上人工接种微生物组成的浸没式生物接触氧化单级处理系统对养殖废水进行净化，效果良好。在试验水体体积与处理系统体积之比约为 100： 1的情况下，
16、对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮起始质量浓度分别为 4.0mg L、 1.76 mg L、 800 mg, L， COD质量浓度为 16.33mg L的养殖废水进行处理。发现处理系统中进行着强烈的硝化和反硝化作用 ：处理 30h，氨氮质量浓度下降并一直保持在 0.1mg L：亚硝酸盐氮浓度 48h内，前 6h从 1.76mg L短暂上升到 2.24mg L，然后持续下降，最低到 0.22mg L；对硝酸盐氮的反硝化作用能力也很强，经 48 h处理，硝酸盐氮质量浓度从 800 mg, L下降到 180mg L。根据对处理过程中的水质测定，浸没式生物接触氧化单级处理试验系统具有较强的生物脱氮能力 12
17、。 2.3为了人们创造更好的生活环境，还有以下几种氮的处理方法： 2.3.1氮吹脱法 ：采用调节污水 PH值的方法使 NH4+OH-=NH3+H2O向右进行，通过蒸气或空气进行汽提，将污水中的 NH4+转为气相氨从水中除去的方法。适于处理原生活污水。 2.3.2选择性离子交换法 ：将废水流经一个对氨离子的选择性超过废水中其他阳离子的交换柱，从而使氨离子被截流祛除的方法。 这种方法使用的交换剂通常是 斜发沸石 ，化学式是：（ M2N） OAl2O3nSiO3mH2O，其中 M， N分别代表沸石孔中的碱金属和碱土金属。使用于处理含 NH4+的污水。 2.3.3折点加氯法 ：通过投加足量氯气至废水中
18、，使 NH4+中的 N转化为 N2的方法。 主要反应方程式 ： NH4+HOCl=NH2Cl+H2O+H+ NH2Cl+0.5HOCl=0.5N2+0.5H2O+0.5H+1.5Cl- 总反应方程式 ： NH4+1.5HOCl=0.5N2+1.5H2O+2.5H+1.5Cl- 副反应： NH4+3HOCl=NCl3+3H2O+H+ 2.3.4生物除氮法： 适用于以有机氮或氨态氮形式存在的污染源。 步骤如下： 氨化作用：微生物分解有机氮化物产生氨的过程。 硝化作用：在有氧条件下，将 NH3氧化成 NO2- 或 NO3-的过程。 反应方程式 : NH4+1.5O2NO2 +2H+H2O+能量 NO
19、2 +0.5O2NO3 +能量 总反应： NH4+2O2=NO3 +2H+能量 反硝化作用：在无氧条件下，将 NO2 或 NO3 还原成 N2O 或 N2的过程，利用硝酸盐作为电子受体进行无氧呼吸，用以氧化有机物。 反应方程式： 2 NO3 +5H2AN2+2OH +5H2O+5A 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 3.1 课题研究内容 本文通过对嘉兴市近海海域无机氮的测定与评价，对沿海地区无机氮污染状况以及对人们生活的危害社会经济的危害等进行分析与评价， 了解嘉兴市近海海域 溶解无机氮的分布情况，这些对近海海域环境保护都具有一定的指导 意义，符合我国
20、可持续发展的社会经济研究需求。 3.2 研究方法 采用文献回顾和实验相结合进行综合研究。 3.2.1采集方法 根据海洋调查规范 (GB1276391) 18，水深小于 10 m，取表层水样；水深在 10 25 m之间，取表层和底层水样。采水器材质为有机玻璃，样品瓶为高密度聚乙烯容器。样品 4 冷冻黑暗保存至上岸后当日带回实验室测定。 3.2.2分析方法 海水分析化学是研究海水中各种组分的分析方法的科学，它是海洋化学 的一个重要分支，在研究发展其他海洋学科中也起着重要的作用。其研究内容包括海水采样、样品处理、待测组分的分离、富集和测定方法。海水分析所面临的对象是广阔的海域，样品的数量很多，种类也
21、不同 (海水、微表层海水、间隙水等 )，要求分析方法和使用的仪器必须灵敏、简便、快速和适用于船上的工作条件，特别是建立能快速测定的现场自动分析仪器和方法 NH4 + -N含量采用纳氏试剂比色法测定； NO3- N含量运用 flaster5000流动注射分析仪 (铬柱还原法 )进行测定； DIN含量采用过硫酸钾 -紫外分光光度仪比色法测定 3.3 研究难点 水样的采集和测定以及实验的结果分析总结。 3.4 预期目标 通过实验以及相关文献资料，得到一定的数据，大概的了解嘉兴市近海海域无机氮污染的状况。了解周边环境包括生活区，工业区，根据嘉兴的产业特色，对嘉兴市近海海域环境进行分析并评价，对嘉兴市近
22、海海域无机氮污染的现状、存在问题做出初步研究，从环境规划与管理的角度出发，对嘉兴市近海海域环境中无机氮污染进行分析、测定及评价，最后得出结论，提出一些可行性的意见和建议。 四、论文详细工作进度和安排 1资料收集期： 2010年 9 11 月 2过程材料撰写期： 2010年 11 12月 3 监测实验期： 2011年 2月 2010年 3月 4 数据分析期： 2011年 2月 2011年 3月 5 总结写作期： 2011年 3 5月 五、主要参考文献 1奚旦立，孙玉生，刘秀英，非金属无机物的测定 J环境监测 2008(11)： 101-105. 2国家海洋局中国海洋发展报告 J新华社， 2008
23、(3)： 1-3 3嘉兴市海洋与渔业局 2006 年嘉兴市海洋环境质量公报 R嘉兴：嘉兴市海洋与渔业局，2006 http:/ 4潘胜军 .长江口及其邻近水域溶解无机氮的分布变化特征 J.海洋环境科 2010,29(2):205-211. 5Horrigan S G， hagstrom A， Koike I， cta1 Inorganic nitrogen utilization by assemblages of marine bacteria in seawater cultureJ Mar Ecol Prog Set,1988， 50： 147-150 6Tupas L M， Koike
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