內(nèi)河沉積物耗氧（sod）對(duì)水體改善的影響研究【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　環(huán)境工程</b></p><p>　　內(nèi)河沉積物耗氧（SOD）對(duì)水體改善的影響研究</p><p>　　Research on sediment oxygen demand influencing on water in urban river

2、</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　【摘要】城市內(nèi)河沉積物耗氧對(duì)水體改善有著重要的作用，是確定內(nèi)河治理方式、設(shè)計(jì)具體方案的基礎(chǔ)。采用一種無(wú)擾動(dòng)的單管沉積物采樣器采集寧波市史魏家河，桑家河，直落河，戚隘河四條城市內(nèi)河的沉積物樣品，使用自行制做的SOD 測(cè)定裝置對(duì)城市內(nèi)河沉積物的耗氧特性及可能對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)中用氧飽

3、和的純水代替河水作為沉積物上覆水，用WTW在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀測(cè)定密閉狀態(tài)下采樣管內(nèi)上覆水溶解氧變化，采用恒溫水箱設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度。分別測(cè)定了四條內(nèi)河的沉積物耗氧情況，同時(shí)確定了SOD與時(shí)間的關(guān)系，并探究了沉積物瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象的相關(guān)影響因子，如外界擾動(dòng)、溫度、沉積物質(zhì)量等。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示戚隘河的SOD值明顯高于其他站點(diǎn)，總?cè)芙庋跸牧恳哺哂谄渌军c(diǎn)，達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間較長(zhǎng)。溫度和沉積物的性質(zhì)對(duì)沉積物的擴(kuò)散有一定的促進(jìn)作用，外界的擾動(dòng)破壞原有水力條件的

4、影響有待進(jìn)步一研究。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】；內(nèi)河治理；沉積物；耗氧規(guī)律</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　【ABSTRACT】Sediment oxygen demand has important influence on water in urban river , wh

5、ich is the basis to selecte the recovering method and the specific design in urban river management. A sort of sediments single tube sampler without bound disturbance was employed to collect Shi Weijia river, Sang Jia r

6、iver, Zhi Luo river and Qi Ai river's sediment samples. While the SOD measurement device designed by ourselves was employed to study the characteristic of sediment oxygen demand of urba</p><p>　　【KEYWORD

7、S】inner river governance;sediment;law of oxygen demand</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要I</b></p><p>　　AbstractI</p><p><b>　　目　錄II<

8、;/b></p><p><b>　　1引言1</b></p><p>　　1.1內(nèi)河治理現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1引水沖污工程2</p><p>　　1.1.2生物治理工程2</p><p>　　1.1.3物理增氧工程2</p><p&g

9、t;　　1.2沉積物耗氧（SOD）2</p><p>　　1.2.1SOD的國(guó)內(nèi)外研究2</p><p>　　1.2.2SOD的數(shù)學(xué)模型3</p><p><b>　　2材料與方法4</b></p><p>　　2.1樣品采集4</p><p>　　2.1.1采樣站位4&l

10、t;/p><p>　　2.1.2采樣裝置和方法5</p><p>　　2.2分析方法5</p><p>　　2.2.1理化參數(shù)分析5</p><p>　　2.2.2SOD測(cè)量裝置6</p><p>　　2.2.3SOD測(cè)量方法6</p><p>　　2.3DO的測(cè)定7<

11、/p><p>　　2.3.1DO測(cè)量方法選擇7</p><p>　　2.3.2DO測(cè)量裝置7</p><p>　　2.3.3測(cè)定DO原理7</p><p>　　2.4SOD的計(jì)算8</p><p><b>　　3結(jié)果與討論9</b></p><p>　　3.

12、1SOD與內(nèi)河水質(zhì)的關(guān)系9</p><p>　　3.2SOD與時(shí)間的關(guān)系11</p><p>　　3.3SOD與擴(kuò)散的關(guān)系12</p><p>　　3.3.1擾動(dòng)下各站點(diǎn)的SOD測(cè)定12</p><p>　　3.3.2質(zhì)量對(duì)瞬時(shí)耗氧的影響12</p><p>　　3.3.3溫度對(duì)瞬時(shí)耗氧的影響1

13、3</p><p>　　3.4寧大內(nèi)河SOD測(cè)定14</p><p>　　3.5空白實(shí)驗(yàn)分析16</p><p><b>　　4結(jié)論17</b></p><p><b>　　5展望17</b></p><p><b>　　6參考文獻(xiàn)18</

14、b></p><p>　　7致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　8附錄20</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，污染物不斷被排入城市內(nèi)河并逐漸在沉積物中富集，使得內(nèi)河受到不同程度的污染。由于城市內(nèi)河與其它的地表徑流

15、大不相同，大多內(nèi)河水系與外水系不連通，水流流速緩慢，因而容易造成過(guò)剩營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的沉積。當(dāng)內(nèi)河水體的外源污染較嚴(yán)重時(shí)，污染物濃度通量是向下的，污染物匯集到內(nèi)河底泥中；當(dāng)外源污染受到有效控制后，底泥中的污染物濃度通量是向上的，污染物將從底泥釋放到上覆水體中，成為內(nèi)河水體的內(nèi)污染源[1]。因此，內(nèi)河沉積物既可以成為水體污染的匯，又可以成為水體污染的源。目前對(duì)于城市內(nèi)河的研究多集中于水體有機(jī)物污染和富營(yíng)養(yǎng)化[2-5]，而由沉積物耗氧引起的內(nèi)河發(fā)黑

16、發(fā)臭等缺氧癥狀成了內(nèi)河治理中的瓶頸，因此研究?jī)?nèi)河沉積物耗氧（SOD）對(duì)水體改善的影響對(duì)內(nèi)河治理具有重大意義。</p><p><b>　　內(nèi)河治理現(xiàn)狀</b></p><p>　　在“十一五”期間，我國(guó)就高度重視內(nèi)河的整治，大力度投資，開(kāi)展系統(tǒng)的大規(guī)模整治。根據(jù)交通運(yùn)輸部出臺(tái)的《關(guān)于貫徹<國(guó)務(wù)院關(guān)于加快長(zhǎng)江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展的意見(jiàn)>的實(shí)施意見(jiàn)》，“十二五”期，

17、內(nèi)河治理被列為建設(shè)重點(diǎn)。目前許多城市已開(kāi)展城市污染內(nèi)河整治工作，重點(diǎn)集中在內(nèi)河水質(zhì)的恢復(fù)上，初步目的是使水體變清，消除惡臭。福州市城區(qū)內(nèi)河綜合整治工作指揮部稱(chēng)，該市大部分河道完成了清淤及截污施工圖設(shè)計(jì)，已有30條內(nèi)河進(jìn)場(chǎng)施工，在內(nèi)河整治過(guò)程中使用人工增氧措施來(lái)增加水體溶解氧，使水體中的微生物優(yōu)勢(shì)種群由厭氧菌轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚蹙?，消除?nèi)河惡臭；寧波市海曙區(qū)南塘河等9條河道的整治工程也開(kāi)工建設(shè)，本次實(shí)驗(yàn)的采樣點(diǎn)中史魏家河及直落河正處在治理中，河內(nèi)都

18、有曝氣裝置在人工增氧。根據(jù)《寧波市內(nèi)河水環(huán)境綜合整治研究報(bào)告》，寧波內(nèi)河沉積物的表層Eh值處于-192至-420mV之間，即表示內(nèi)河沉積環(huán)境處于很強(qiáng)的還原性狀態(tài)，這是導(dǎo)致內(nèi)河整治難有成效的重要原因之一。</p><p>　　國(guó)外早在100多年前就開(kāi)展了河流污染的治理工作，其中比較著名的有英國(guó)的泰晤士河、歐洲的萊茵河和法國(guó)的塞納河等。治理初期，人們的注意力主要集中在單項(xiàng)治理上，通常是工業(yè)污染源的治理，以減少排入河流

19、的污染負(fù)荷。隨著對(duì)河流污染機(jī)制認(rèn)識(shí)的深入，自20世紀(jì)70年代，區(qū)域治理理念逐漸代替了局部治理，從單項(xiàng)治理發(fā)展為綜合治理，更注重將河流污染的治理納入到一個(gè)綜合體系中進(jìn)行考慮，并采用現(xiàn)代系統(tǒng)工程的方法對(duì)其進(jìn)行綜合分析和模擬，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行治理方案的比較、優(yōu)化，制定出更為科學(xué)的水質(zhì)目標(biāo)與治理方案，力求使河流污染治理在整體上達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效果最優(yōu)。</p><p>　　目前內(nèi)河治理的方法主要有引水沖污工程、生物治理工

20、程、物理增氧工程。</p><p><b>　　引水沖污工程</b></p><p>　　引水沖污工程是通過(guò)改變內(nèi)河原有的水動(dòng)力條件，使得沖污區(qū)內(nèi)流量加大，流速提高，增加了水體中溶解氧的含量，進(jìn)而減少黑臭，從而使得水質(zhì)得到改善[6]。 但是引水沖污工程投資和日常運(yùn)行費(fèi)用巨大,已成為我國(guó)許多城市財(cái)政巨大負(fù)擔(dān),也使城市內(nèi)河治理進(jìn)入了惡性循環(huán),造成引水沖污時(shí)城市內(nèi)河水質(zhì)良好

21、的假象,使城市內(nèi)河水質(zhì)的保持需要靠引水沖污才能達(dá)到。同時(shí)由于長(zhǎng)期的引水沖污造成城市內(nèi)河自身生態(tài)環(huán)境完全喪失,非但沒(méi)有改善水體的水質(zhì)，而且使得內(nèi)河水體自身的生態(tài)平衡被破壞，其自身的恢復(fù)需要很長(zhǎng)的時(shí)間。因而該方法在改善內(nèi)河水體方面是治標(biāo)不治本，應(yīng)適當(dāng)加以控制。</p><p><b>　　生物治理工程</b></p><p>　　生物治理工程是以恢復(fù)城市內(nèi)河水體自身水生生

22、物為目的的,在城市內(nèi)河污染源得到有效遏制后，盡快恢復(fù)水體自身生態(tài)平衡系統(tǒng),恢復(fù)和豐富城市內(nèi)河中水生生物鏈,使城市內(nèi)河水體自身具有一定的生物凈化和平衡功能,進(jìn)而使城市內(nèi)河具有一定的水環(huán)境容量,對(duì)污染物具有一定的沖擊能力[7]。生物修復(fù)技術(shù)改善內(nèi)河水質(zhì)的優(yōu)勢(shì)在于,治理成本低,效果好,不產(chǎn)生二次污染。但其也仍存在著一些難度，例如恢復(fù)周期長(zhǎng)，需創(chuàng)造出適合生物生存的環(huán)境。</p><p><b>　　物理增氧工程

23、</b></p><p>　　物理增氧的常用方法是水體人工曝氣，其可在短時(shí)間內(nèi)取得降低水體污染程度和提高溶解氧濃度的效果[8]，但要發(fā)揮水體人工曝氣復(fù)氧技術(shù)的實(shí)際效益,必須制訂應(yīng)用該技術(shù)的具體方案,得出可行的增氧量、曝氣方式、季節(jié)最優(yōu)化組合。最大的特點(diǎn)是提高溶解氧濃度效果明顯，但其投資和日常運(yùn)行成本高。</p><p>　　沉積物耗氧（SOD）</p><p

24、>　　沉積物耗氧速率(sediment oxygen demand，簡(jiǎn)稱(chēng)SOD)是由英國(guó)的WELCH在1935年首次提出的，是指水體底部沉積物消耗上覆水中溶解氧（DO）的速率。沉積物耗氧（SOD）可分為兩部分： </p><p>　　（1）上覆水體擴(kuò)散到水底沉積物中的溶解氧被消耗，其中包括底泥中還原性物質(zhì)的化學(xué)耗氧和棲息在表層底泥的好氧微生物及無(wú)脊椎動(dòng)物的呼吸耗氧（BSOD）；</p>&l

25、t;p>　?。?）底泥中的還原態(tài)物質(zhì)擴(kuò)散到上覆水體中被氧化的化學(xué)耗氧（CSOD）[9]。</p><p><b>　　SOD的國(guó)內(nèi)外研究</b></p><p>　　水體水質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)是水體中的溶解氧含量，而水體中溶解氧主要來(lái)源于大氣復(fù)氧和光合作用產(chǎn)氧等，而耗氧過(guò)程則包括生化需氧(BOD)、底泥耗氧(SOD)、氨的硝化、及浮游植物和動(dòng)物的呼吸等。SOD是反映

26、內(nèi)河沉積物耗氧的綜臺(tái)指標(biāo),其中表層底泥中有機(jī)物生物降解和氨的硝化過(guò)程是SOD的主要構(gòu)成[10]，另外底泥中的鐵、錳、硫化物等的化學(xué)耗氧也可能對(duì)SOD有重要的作用。沉積物耗氧（SOD）在水體氧平衡中具有重要的作用，同時(shí)也是內(nèi)河水體治理過(guò)程中必不可少的一個(gè)重要參數(shù)。</p><p>　　國(guó)外學(xué)者對(duì)沉積物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，最早可追溯到20世紀(jì)四、五十年代的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，20世紀(jì)七、八十年代時(shí)進(jìn)入了研究高潮

27、，并在20世紀(jì)八、九十年代總結(jié)出一些沉積物耗氧數(shù)學(xué)模型，對(duì)研究水質(zhì)改善起到了重要作用[11-14]。國(guó)內(nèi)對(duì)于沉積物耗氧的研究起步較晚，到20世紀(jì)八十年代才逐漸開(kāi)始研究，由于測(cè)量技術(shù)難、水質(zhì)較差等原因，大多僅處于實(shí)驗(yàn)研究階段。近幾年來(lái)，開(kāi)始展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的研究，更準(zhǔn)確地研究沉積物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)遷移擴(kuò)散導(dǎo)致水體耗氧的規(guī)律，對(duì)水質(zhì)改善有極大的幫助。</p><p><b>　　SOD的數(shù)學(xué)模型<

28、;/b></p><p>　　在自然水體中，底泥與上覆水之間主要的相互作用是泥水界面間物質(zhì)的交換。沉入底泥或從底泥擴(kuò)散到上覆水的溶解態(tài)、顆粒態(tài)物質(zhì)是水體內(nèi)化學(xué)和生物循環(huán)的重要組成部分。通常認(rèn)為底泥消耗的氧可分為兩部分：第一部分是上覆水體擴(kuò)散到水底沉積物中的溶解氧被消耗，其中包括底泥中還原性物質(zhì)的化學(xué)耗氧和棲息在表層底泥的好氧微生物及無(wú)脊椎動(dòng)物的呼吸耗氧；第二部分是底泥中的還原態(tài)物質(zhì)擴(kuò)散到上覆水體中被氧化的化

29、學(xué)耗氧。但是國(guó)外研究對(duì)于擴(kuò)散進(jìn)入上覆水體的物質(zhì)引起的耗氧行為的定義較模糊。沉積在底泥內(nèi)的有機(jī)物是底泥耗氧的根源，底泥消耗的氧都源于有機(jī)物的礦化，表層有機(jī)物在微生物呼吸作用下降解，產(chǎn)生呼吸耗氧；兼氧層、厭氧層有機(jī)物與底泥內(nèi)的氧化物反應(yīng)，生成各種還原性物質(zhì)，這些物質(zhì)既產(chǎn)生化學(xué)耗氧又產(chǎn)生呼吸耗氧。</p><p>　　底泥污染物釋放的動(dòng)力學(xué)主要由兩個(gè)過(guò)程決定。一個(gè)是微生物的活動(dòng)，它決定著污染物的相互轉(zhuǎn)化和存在形態(tài)，是否

30、容易釋放和在什么條件下可能釋放等；另一個(gè)是水力過(guò)程，它決定著污染物在底泥孔隙內(nèi)部的傳質(zhì)速度，底泥懸浮狀態(tài)和沉積狀態(tài)，以及底泥顆粒對(duì)污染物的吸附攜帶等[15]。這兩個(gè)過(guò)程相互作用，相互影響，在很大程度上決定了底泥污染物的釋放動(dòng)力學(xué)特征。</p><p>　　沉積物耗氧（SOD）的數(shù)學(xué)模型研究主要在于對(duì)泥水界面的非定向擴(kuò)散傳質(zhì)的研究，這是由傳質(zhì)和兩界面的生化反應(yīng)共同控制的。這兩邊界層分別為水表面的擴(kuò)散邊界層和沉積物中

31、的滲透深度，這其中的一個(gè)或者兩個(gè)都能對(duì)SOD產(chǎn)生影響。這個(gè)傳質(zhì)的過(guò)程由沉積物控制還是由水界面控制取決于沉積物/水界面的剪切速率（U*）和沉積物的生化活性率（）。在穩(wěn)定狀態(tài)下，沉積物/水表面的剪切速度對(duì)DO具有較大影響，而當(dāng)U* > 0.2 cm/s時(shí)對(duì)于有效深度沒(méi)有較大影響[16]。沉積物中的微生物活性更大時(shí)，SOD上界值較小，即µ0> 50 mg/L d，U*> 0.1 cm/s時(shí)SOD<0.1g/c

32、m2,當(dāng)微生物在沉積物中的活性較低（µ0< 50 mg/L d）混合水含量較低（U*< 0.1 cm/s）難以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，SOD的量可大大超過(guò)0.1g/cm2，換句話說(shuō)SOD值高則更快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p><b>　　材料與方法</b></p><p><b>　　樣品采集</b></p><

33、;p><b>　　采樣站位</b></p><p>　　在寧波市城區(qū)選擇了污染程度不同的4條河流設(shè)7個(gè)站點(diǎn)，分別為史魏家河自北向南的四個(gè)站點(diǎn)（ST1，ST2，ST3，ST4）、桑家河（ST5）、直落河（ST6）、戚隘河（ST7）。</p><p>　　表2-1 各站點(diǎn)坐標(biāo)</p><p>　　Table 2-1 coordinates

34、 of sites </p><p>　　史魏家河為整治河道，水下有曝氣裝置進(jìn)行曝氣，因而水質(zhì)偏渾；桑家河為城中村河道，現(xiàn)階段也正處在整治期間，因而也有曝氣裝置進(jìn)行增氧處理，其水質(zhì)發(fā)綠、微臭；直落河也為城中村河道，污染較重，水體發(fā)黑發(fā)臭；戚隘河環(huán)繞公園，屬景觀河道，但其水體顏色呈渾濁的黑色，并伴有臭味，污染較嚴(yán)重。采樣站點(diǎn)位置如圖2-1所示： </p>

35、<p><b>　　圖2-1 采樣站點(diǎn)</b></p><p>　　Fig.2-1 Positon of the sample sites </p><p><b>　　采樣裝置和方法</b></p><p>　　采集泥樣時(shí)為了使底泥不受擾動(dòng)，并使其充滿柱狀采樣管（同時(shí)也是培養(yǎng)管，透

36、明PC材料，內(nèi)徑50mm，管長(zhǎng)350mm）以防止其消耗上覆水中的溶解氧，使用USSC—Ⅱ單管無(wú)擾動(dòng)沉積物采樣器[17]采集沉積物樣品（見(jiàn)圖2-2）。采樣時(shí)可以觀察到底泥是否受到擾動(dòng)，若底泥明顯受到擾動(dòng)，應(yīng)舍棄重新采集，本次實(shí)驗(yàn)在每個(gè)站點(diǎn)采集用于SOD研究的沉積物樣品，以聚乙烯塑料袋貯存，并迅速送往實(shí)驗(yàn)室測(cè)定SOD及相關(guān)因子。</p><p>　　采集水樣時(shí)使用容積為2.5L的有機(jī)玻璃采樣器采集，在每個(gè)站點(diǎn)采集到水

37、樣后用聚乙烯塑料（500mL）貯存，采樣后立即送往實(shí)驗(yàn)室分析。若無(wú)法在當(dāng)日完成測(cè)定，則將水樣貯存于冰箱中。

38、 </p><p&g

39、t;<b>　　分析方法</b></p><p><b>　　理化參數(shù)分析</b></p><p>　　采集樣品時(shí)用在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀（Multi 340i，德國(guó)WTW公司）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定各采樣點(diǎn)的水體水溫，pH，電導(dǎo)率和ρ（DO），氧化還原電位（見(jiàn)表2-1）。</p><p>　　表2-1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定數(shù)據(jù)</p>&l

40、t;p>　　Table 2-1 Situ measurement data</p><p>　　由表2-1可知，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定中各站點(diǎn)的水溫最大相差4.4℃，PH最大差值為1.14，并基本都呈堿性。桑家河ST5站的表層ρ（DO）明顯高于其他站點(diǎn)，原因在于該采樣點(diǎn)含有大量藻類(lèi)生存，植物光合作用為水體復(fù)氧。史魏家河ST2站的表層ρ（DO）最低，原因在于ST1和ST2站點(diǎn)之間存在內(nèi)河整治曝氣等處理設(shè)施，導(dǎo)致ST2站點(diǎn)水

41、質(zhì)渾濁不清，沉積物中的還原性物質(zhì)擴(kuò)散消耗表層溶解氧。除ST5站點(diǎn)的表層ρ（DO）超過(guò)該水溫下的飽和溶解氧含量，其余各站點(diǎn)的表層ρ（DO）均處于標(biāo)準(zhǔn)值以下，水體明顯呈缺氧狀態(tài)。并且各站點(diǎn)的氧化還原電位（ORP）均為負(fù)值，說(shuō)明各站點(diǎn)水質(zhì)均具有一定的還原性。</p><p><b>　　SOD測(cè)量裝置</b></p><p>　　SOD的測(cè)量裝置為多管、多電極SOD研究裝置

42、（見(jiàn)圖2-3），主要包括恒溫水箱、柱狀沉積物實(shí)驗(yàn)管、循環(huán)泵，恒溫箱體內(nèi)設(shè)置有多個(gè)沉積物實(shí)驗(yàn)管，沉積物實(shí)驗(yàn)管管的上下兩端分別設(shè)置有密封塞，處于上端的密封塞上貫穿設(shè)置有進(jìn)液管和出液管，出液管的下端開(kāi)口伸入所述的沉積物實(shí)驗(yàn)管的溶液中，沉積物實(shí)驗(yàn)管的出液管與相鄰的沉積物實(shí)驗(yàn)管的進(jìn)液管通過(guò)連接導(dǎo)管相連通，其中一個(gè)連接導(dǎo)管上設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)溶液循環(huán)流動(dòng)的小型循環(huán)泵，至少一個(gè)沉積物實(shí)驗(yàn)管內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)定沉積物理化參數(shù)的多參數(shù)電極。</p>

43、<p>　　箱體內(nèi)還設(shè)置有用于加熱箱體內(nèi)盛水的恒溫加熱器，恒溫加熱器與箱體外的點(diǎn)接觸式水銀溫度計(jì)和電子繼電器相連接，通過(guò)設(shè)定點(diǎn)接觸式水銀溫度計(jì)上的溫度，控制電子繼電器加熱工作。當(dāng)達(dá)到指定溫度時(shí)，電子繼電器會(huì)自動(dòng)切斷終止加熱過(guò)程；當(dāng)溫度再次低于指定溫度，電子繼電器會(huì)再次自動(dòng)連接繼續(xù)加熱，以此達(dá)到箱體內(nèi)的恒溫狀態(tài)。</p><p>　　實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)接通恒溫加熱器電源，當(dāng)水浴溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開(kāi)啟小型循環(huán)泵

44、和多參數(shù)電極測(cè)定裝置，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各理化參數(shù)的變化，進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)沉積物實(shí)驗(yàn)管的數(shù)量可以根據(jù)需要增加或減少。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中稱(chēng)取一定質(zhì)量的沉積物，置于底端密封的沉積物實(shí)驗(yàn)管中，用DO飽和的純水替代河水作為沉積物的上覆水，實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行時(shí)，開(kāi)啟微型蠕動(dòng)泵（德國(guó)GroTech，流量為0~120mL/min）使得上覆水具有一定的流速，以便保證腹膜電極溶解氧測(cè)定儀的準(zhǔn)確性。

45、</p><p><b>　　SOD測(cè)量方法</b></p><p>　　測(cè)定沉積物耗氧通常有實(shí)驗(yàn)室測(cè)定和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定兩種方法，其都有各自優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定通常比現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定準(zhǔn)確性高，因?yàn)樗窃谝粋€(gè)可控環(huán)境下進(jìn)行的，但是始終不能排除沉積物在運(yùn)輸過(guò)程及儲(chǔ)存過(guò)程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境再現(xiàn)的程度和泥樣的推遲實(shí)驗(yàn)也會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定可將泥樣的影響降到最低，同時(shí)可

46、以很好地反映出現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，但是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定時(shí)在一個(gè)動(dòng)態(tài)的環(huán)境下，對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確度有一定程度的影響。此外，實(shí)際測(cè)定的儀器設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過(guò)程中也可能影響環(huán)境條件。</p><p>　　考慮到現(xiàn)場(chǎng)法需要準(zhǔn)確安放測(cè)室和測(cè)定儀器，受水體、天氣等條件影響大,，水底一些大的沙礫、石塊也會(huì)影響測(cè)定的進(jìn)行，并可能會(huì)影響河流的通航，所以一般技術(shù)要求比較高，所以本實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法。</p><p><b

47、>　　DO的測(cè)定</b></p><p><b>　　DO測(cè)量方法選擇</b></p><p>　　測(cè)定水體溶解氧的方法有兩種：便攜式溶解氧儀測(cè)定和碘量法測(cè)定。盡管便攜式溶解氧儀的分析測(cè)試原理和方法與國(guó)標(biāo)碘量法有所不同，但是通過(guò)對(duì)同一水樣中溶解氧采用便攜式溶解氧儀和碘量法進(jìn)行比對(duì)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)兩種方法的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行DIXON檢驗(yàn)和精密度檢驗(yàn)，設(shè)定置信度為

48、95％，對(duì)比結(jié)果顯示，兩方法測(cè)定結(jié)果之間無(wú)顯著性差異，精密度符合水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)控要求[18]。對(duì)于一些受污染的工業(yè)廢水，必須采用修正的碘量法，而便攜式溶解氧儀是根據(jù)分子氧透過(guò)薄膜的擴(kuò)散速率來(lái)測(cè)定水中溶解氧，并且具有便于攜帶，適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，干擾少，測(cè)速快等優(yōu)點(diǎn)。因此，對(duì)本實(shí)驗(yàn)而言，便攜式溶解氧儀法顯然比碘量法更具備優(yōu)越性。</p><p><b>　　DO測(cè)量裝置</b></p>&

49、lt;p>　　由于本實(shí)驗(yàn)選擇便攜式溶解氧儀測(cè)定法，因而采用在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀（Multi 340i 德國(guó)WTW公司，圖2-4）測(cè)定沉積物上覆水中的溶解氧含量。</p><p>　　該設(shè)備由顯示主體及PH測(cè)定探頭、溶解氧測(cè)定探頭、電導(dǎo)率測(cè)定探頭組成。內(nèi)置定時(shí)器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可設(shè)定定時(shí)記錄，并且可通過(guò)交換測(cè)定探頭可測(cè)定PH、溶解氧、電導(dǎo)率、氧化還原電位、溫度五個(gè)參數(shù)，操作舒適方便，且攜帶方便。在測(cè)定沉積物上覆水溶解

50、氧含量時(shí)，該裝置有自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能，內(nèi)置記錄器，可自動(dòng)讀數(shù)，反應(yīng)靈敏，再現(xiàn)性好，可信度高。該裝置是用于測(cè)定水中分子態(tài)氧的專(zhuān)用儀器，因測(cè)量方法簡(jiǎn)便、 快速、 干擾少，已廣泛用于天然水、 污水、 鹽水等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定及自動(dòng)在線連續(xù)測(cè)定。 </p><p><b>　　測(cè)定DO原理</b></p><p>　　氧在水中的溶解度取決

51、于溫度、壓力和水中溶解的鹽。在線水質(zhì)測(cè)定儀傳感部分是由金電極（陰極）和銀電極（陽(yáng)極）及氯化鉀電解液組成，分子氧通過(guò)膜擴(kuò)散進(jìn)入電解液與金電極和銀電極形成測(cè)量回路。當(dāng)給溶解氧分析儀電極加上0.6-0.8V的極化電壓時(shí)，氧通過(guò)摸擴(kuò)散，陰極釋放電子，陽(yáng)極接受電子，產(chǎn)生電流。</p><p><b>　　整個(gè)反應(yīng)過(guò)程為：</b></p><p>　　陽(yáng)極：Ag+Cl→AgCl+

52、2e-</p><p>　　陰極：O2+2H2O+4e-→4OH-</p><p>　　根據(jù)法拉第定律，流過(guò)溶解氧分析儀電極的電流和氧分壓成正比，在溫度不變的情況下電流和氧濃度之間呈線性關(guān)系。</p><p>　　溶解氧含量有三種表示方法：氧分壓（mmHg）；百分飽和度（%）；氧濃度（mg/L），本實(shí)驗(yàn)裝置采用氧濃度表示方法。根據(jù)Herry定律可知氧濃度與其分壓成正

53、比，即：C=PO2*a，其中C為氧濃度（mg/L），PO2為氧分壓（mmHg），a為溶解氧系數(shù)(mg/mmHgL)。溶解氧系數(shù)a不僅與溫度有關(guān)，還與溶液的成分有關(guān)，對(duì)于溫度恒定的水溶液，a為常數(shù)。</p><p><b>　　SOD的計(jì)算</b></p><p>　　沉積物耗氧（SOD）指水體底部沉積物消耗上覆水中溶解氧（DO）的速率，SOD的計(jì)算公式為[19]： &

54、lt;/p><p>　　在室溫下分別稱(chēng)取ST1-7站點(diǎn)沉積物10g，在其他條件相同的情況下置入沉積物實(shí)驗(yàn)管中，用蒸餾水代河水作為沉積物上覆水，用在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀測(cè)定其溶解氧（DO）含量變化，當(dāng)DO電極電位值趨于穩(wěn)定時(shí)，停止測(cè)定并記錄各參數(shù)變化值。由于DO消耗量一直處于一種動(dòng)態(tài)變化中，因而計(jì)算SOD時(shí)選取穩(wěn)定段DO消耗量的平均值作為△ρ(DO)，其穩(wěn)定時(shí)間也為相對(duì)穩(wěn)定時(shí)間。SOD的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-2。</p>

55、<p>　　表2-2 各站SOD測(cè)定結(jié)果</p><p>　　Table 2-2 SOD of the sites</p><p><b>　　結(jié)果與討論</b></p><p>　　SOD與內(nèi)河水質(zhì)的關(guān)系</p><p>　　分別稱(chēng)取史魏家河中的ST1，ST2，ST3，ST4四個(gè)站點(diǎn)的沉積物10g，在其他

56、條件相同的情況下，控制反應(yīng)裝置中的溫度為20℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為40min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-1所示：</p><p>　　圖 3-1 史魏家河沉積物（10g）的DO消耗量變化</p><p>　　Fig.3-1 DO consumption curve of sediment (10g) from Shi Weijia river </p><p>　　由圖3-

57、1可知，史魏家河中由北向南的ST1，ST2，ST3，ST4站點(diǎn)的DO消耗量有很大的差異，ST1，ST2站點(diǎn)的耗氧量明顯大于ST3，ST4站點(diǎn)。</p><p>　　考慮到史魏家河各采樣點(diǎn)的具體實(shí)際環(huán)境情況及沉積物樣品的實(shí)際情況，分析ST3站點(diǎn)的DO消耗量低，且其穩(wěn)定時(shí)間最短的原因。因?yàn)槭肺杭液邮菞l斷頭河，現(xiàn)正在采取治理措施，ST3站安裝了推流曝氣機(jī)和微氣泡曝氣機(jī)，沉積物被強(qiáng)烈擾動(dòng)，可能導(dǎo)致SOD值低。ST4站點(diǎn)的

58、DO消耗量同樣要明顯小于ST1及ST2站點(diǎn)，并且表2-1中ST4站點(diǎn)的表層ρ（DO）含量也明顯高于其他三個(gè)站點(diǎn)。根據(jù)其具體的采樣點(diǎn)位置可知，ST4站點(diǎn)距另一條較大的內(nèi)河“后塘河”僅100m，水質(zhì)較好，此處水體處于動(dòng)態(tài)流動(dòng)中，有周期性地?fù)Q水過(guò)程，因而水質(zhì)狀況較其他站點(diǎn)要好。ST1站點(diǎn)的DO消耗量要略大于ST2站點(diǎn)，但其SOD值比ST2站點(diǎn)小12.83（mg/g.h）。</p><p>　　在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，分別稱(chēng)

59、取史魏家河的ST4站點(diǎn)，桑家河的ST5站點(diǎn)，直落河的ST6站點(diǎn)，戚隘河的ST7站點(diǎn)沉積物各10g，控制反應(yīng)裝置中的溫度為20℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為4h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-2所示：</p><p>　　圖 3-2 各站點(diǎn)沉積物（10g）的DO消耗量變化</p><p>　　Fig.3-2 DO consumption curve of sediment (10g) from sites</p&

60、gt;<p>　　由圖3-2可知，戚隘河的ST7站點(diǎn)和桑家河的ST5站點(diǎn)的DO消耗量要明顯高于史魏家河的ST4站點(diǎn)和直落河的ST6站點(diǎn)。據(jù)表2-2中沉積物耗氧值的數(shù)據(jù)可知，戚隘河的ST7站點(diǎn)和桑家河的ST5站點(diǎn)的SOD值同樣要明顯高于史魏家河的ST4站點(diǎn)和直落河的ST6站點(diǎn)，兩者規(guī)律相同。 桑家河的ST5站點(diǎn)和戚隘河的ST7站點(diǎn)DO消耗量與SOD分別相差0.07mg/L、5.2

61、7(mg/g.h)，但據(jù)表2-1中各站點(diǎn)的表層ρ（DO）含量可知，ST5站點(diǎn)的表層ρ（DO）含量要大大高于其他各站點(diǎn)，并超過(guò)了該采樣點(diǎn)溫度下飽和溶解氧含量?？紤]到ST5站點(diǎn)采集處于河壩攔截處，表層富集大量的藍(lán)藻，通過(guò)藍(lán)藻的光合作用產(chǎn)生氧氣，致使表層表層ρ（DO）含量較高。</p><p>　　綜合各水質(zhì)因子參數(shù)，可以判斷桑家河的ST5站點(diǎn)處于明顯的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，雖然大量的藍(lán)藻光合作用產(chǎn)生的氧氣在一定程度上起了改善

62、水體—沉積物界面的厭氧狀態(tài)，但是大量藍(lán)藻死亡之后會(huì)產(chǎn)生新的有機(jī)耗氧物質(zhì)，進(jìn)而加重水體的厭氧狀態(tài)，使得水中微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行厭氧降解，最后產(chǎn)生大量還原性物質(zhì)，導(dǎo)致水體呈現(xiàn)高SOD值的現(xiàn)象。</p><p>　　直落河的ST6站點(diǎn)表層ρ（DO）含量是史魏家河ST4站點(diǎn)的0.5倍，但SOD值卻基本相近，考慮到ST6站點(diǎn)正處內(nèi)河整治期，其水下有曝氣裝置在運(yùn)行，因而可能破壞了水體底部沉積物的正常還原性，致使沉積物耗氧SOD

63、值呈現(xiàn)偏低情況。</p><p>　　戚隘河的ST7站點(diǎn)表層ρ（DO）含量與史魏家河的ST4站點(diǎn)相差不大，但SOD值幾乎是ST4站點(diǎn)的2倍，且ST7站點(diǎn)的還原性幾乎也同樣是ST4站點(diǎn)的2倍，這說(shuō)明SOD值與沉積物的種類(lèi)和特性相關(guān)，并且很有可能是與沉積物中的某種還原性物質(zhì)相關(guān)。</p><p><b>　　SOD與時(shí)間的關(guān)系</b></p><p&g

64、t;　　為了研究沉積物耗氧與時(shí)間的相關(guān)性，取兩份戚隘河ST7站點(diǎn)的沉積物各5g進(jìn)行45min的短時(shí)SOD研究及24h的長(zhǎng)時(shí)SOD研究。兩份沉積物取自泥樣中的同一區(qū)域，且都控制在溫度為20℃的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　圖3-3 ST7站點(diǎn)沉積物（5g）的DO消耗量變化</p><p>　　Fig. 3-3 DO consumption curve of sediment (5g

65、) from ST7 </p><p>　　由圖3-3可知，在45min短時(shí)間實(shí)驗(yàn)初期的5min內(nèi)，DO下降很快，隨后DO有短暫的回升時(shí)間，之后DO繼續(xù)下降，但下降趨勢(shì)比初期減緩，最后趨于穩(wěn)定。研究[19]表明，上覆水中的DO在極短時(shí)間內(nèi)消耗為沉積物瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象，瞬時(shí)耗氧量約占總耗氧量1/3。造成瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象的原因可能是由于沉積物所在的河流污染較嚴(yán)重，水中溶解氧較低，使得微生物進(jìn)行厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生了還原性物質(zhì)，致使

66、當(dāng)上覆水中溶解氧增大時(shí)，此還原性物質(zhì)被快速氧化；也可能是由于沉積物本身的性質(zhì)和特性，如，沉積物自身含有某種還原性物質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)初期由于上覆水的加入使其迅速擴(kuò)散導(dǎo)致的耗氧。而后出現(xiàn)的緩慢下降過(guò)程則是由于隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，沉積物中大量的有機(jī)物質(zhì)被細(xì)菌分解利用，上覆水中的DO不斷降低，逐漸對(duì)沉積物中生物的呼吸、微生物分解作用和還原性物質(zhì)氧化產(chǎn)生影響和限制作用，有機(jī)物質(zhì)的分解作用減弱，于是需氧量逐漸減小便成為必然。</p><p

67、>　　在24h的長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)中，未進(jìn)行換水處理，因而在24h后上覆水中的DO含量基本耗盡。在前三個(gè)小時(shí)內(nèi)DO基本呈持續(xù)下降狀態(tài)，隨后逐漸趨于平緩過(guò)程，但在持續(xù)五小時(shí)的實(shí)驗(yàn)之后，可以清楚得看到DO又呈現(xiàn)下降狀態(tài)，但其下降的斜率明顯小于前三個(gè)小時(shí)的下降斜率，在二十小時(shí)后趨于穩(wěn)定。一種研究[20]認(rèn)為，一般情況下嚴(yán)重污染至黑臭的河流水體中DO被消耗的過(guò)程分4個(gè)階段：還原性耗氧階段，生物化學(xué)碳耗氧第Ⅰ階段( CBODⅠ)，生物化學(xué)氮耗氧(N

68、BOD)階段和生物化學(xué)碳耗氧第Ⅱ階段(CBODⅡ)。另有研究[19]認(rèn)為，污染嚴(yán)重的城市內(nèi)河水體中 DO 被消耗的過(guò)程很可能存在5個(gè)階段：瞬時(shí)耗氧階段，一般氧化還原耗氧階段，生物化學(xué)碳耗氧第Ⅰ階段( CBODⅠ)，生物化學(xué)氮耗氧(NBOD)階段和生物化學(xué)碳耗氧第Ⅱ階段(CBODⅡ)。</p><p><b>　　SOD與擴(kuò)散的關(guān)系</b></p><p>　　為研究沉

69、積物瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)前假設(shè)造成該現(xiàn)象的原因是由于沉積物本身含有某種還原物質(zhì)或具有某種還原特性，在加入上覆水后接觸的瞬間迅速擴(kuò)散致使DO瞬間下降。為驗(yàn)證該假設(shè)的真實(shí)性，設(shè)計(jì)了人為將沉積物攪動(dòng)擴(kuò)散的新實(shí)驗(yàn)，在原先的裝置基礎(chǔ)上加了電磁攪拌器，使其在加入上覆水之后迅速人為將其擴(kuò)散。</p><p>　　擾動(dòng)下各站點(diǎn)的SOD測(cè)定</p><p>　　分別取分別稱(chēng)取史魏家河的ST4站點(diǎn)，桑家河的ST

70、5站點(diǎn)，直落河的ST6站點(diǎn)，戚隘河的ST7站點(diǎn)沉積物各10g，將實(shí)驗(yàn)條件控制在溫度為20℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為42min，其余條件與之前實(shí)驗(yàn)相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-4所示：</p><p>　　圖 3-4 擾動(dòng)下的各站點(diǎn)沉積物（10g）DO消耗量變化</p><p>　　Fig. 3-4 DO consumption curves of sediment （10g）from sites under

71、puddler rabbler stirrer</p><p>　　由圖3-4可知，在外在攪動(dòng)的情況下，各站點(diǎn)在極短時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)耗氧量對(duì)比圖3-2明顯增加，而后實(shí)驗(yàn)過(guò)程中DO的下降斜率也明顯大于圖3-2中未進(jìn)行攪拌處理的下降斜率。但魏家河的ST4站點(diǎn)，桑家河的ST5站點(diǎn)，戚隘河的ST7站點(diǎn)的DO消耗曲線在快速下降之后都有一段DO回升過(guò)程，且回升幅度較正常實(shí)驗(yàn)下要大很多，唯獨(dú)直落河的ST6站點(diǎn)為出現(xiàn)明顯DO回升現(xiàn)象。

72、對(duì)比圖3-2可知，在外在攪動(dòng)的情況下DO的消耗量在40min內(nèi)達(dá)到的消耗量幾近達(dá)到未添加攪動(dòng)裝置4h內(nèi)的消耗量，因而初步認(rèn)為擴(kuò)散對(duì)沉積物瞬時(shí)耗氧有一定的促進(jìn)作用，并且可加快其擴(kuò)散過(guò)程，但由于新實(shí)驗(yàn)方案改變了實(shí)驗(yàn)管中上覆水的原有流動(dòng)狀態(tài)，致使有站點(diǎn)出現(xiàn)了異?；厣F(xiàn)象。</p><p>　　質(zhì)量對(duì)瞬時(shí)耗氧的影響</p><p>　　考慮到不同質(zhì)量沉積物的比表面積及擴(kuò)散速率不同，設(shè)計(jì)了同一站點(diǎn)不

73、同質(zhì)量的沉積物上覆水體DO含量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)。分別稱(chēng)取兩份史魏家河ST1站點(diǎn)沉積物5g、10g，控制反應(yīng)裝置恒溫20℃，進(jìn)行沉積物耗氧測(cè)定。</p><p>　　圖 3-5 不同質(zhì)量沉積物DO消耗量變化</p><p>　　Fig. 3-5 DO consumption curves of different mass sediment</p><p>　　由圖3-

74、5可知，ST1站點(diǎn)5g沉積物總耗氧量要小于10g沉積物的總耗氧量，兩者相差0.4mg/L左右。在實(shí)驗(yàn)初期的5min內(nèi)，兩者都呈現(xiàn)了一定的瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象，但5g的瞬時(shí)耗氧時(shí)間明顯小于10g的。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，5g的耗氧曲線呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)并逐漸趨于穩(wěn)定，10g的耗氧曲線一開(kāi)始緩慢上升，在25min后有個(gè)急劇上升的過(guò)程，隨后趨于平緩。</p><p>　　通過(guò)比較兩者的瞬時(shí)耗氧時(shí)間，可初步認(rèn)為5g沉積物由于其比表面積

75、大而導(dǎo)致擴(kuò)散速率高于10g沉積物，因而在極短時(shí)間內(nèi)完成瞬時(shí)耗氧的過(guò)程。而10g沉積物由于比表面積小而導(dǎo)致擴(kuò)散速率低，延長(zhǎng)了瞬時(shí)耗氧時(shí)間。初步得出導(dǎo)致瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是沉積物中的某種還原性物質(zhì)瞬間擴(kuò)散造成的，由于該物質(zhì)遇氧即被其氧化，故該瞬時(shí)耗氧物質(zhì)的快速耗氧特性用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法難以進(jìn)行測(cè)量，該物質(zhì)具體成分有待進(jìn)一步研究確認(rèn)。</p><p>　　25min后10g沉積物出現(xiàn)的DO驟降過(guò)程可能是由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中

76、沉積物中的某種物質(zhì)在循環(huán)泵的作用下從沉積物中釋放出來(lái)，消耗上覆水中的溶解氧導(dǎo)致該情況的發(fā)生，也可能是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中其他因素的影響導(dǎo)致了這一現(xiàn)象的發(fā)生。</p><p>　　溫度對(duì)瞬時(shí)耗氧的影響</p><p>　　由fick第一定律：可知，D為擴(kuò)散系數(shù)，而溫度是影響擴(kuò)散系數(shù)的最主要因素，在一定條件下，擴(kuò)散系數(shù)可用下式表示：</p><p>　　Do為擴(kuò)散常數(shù)，Q為擴(kuò)散激

77、活能，R為氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。Do與Q與溫度無(wú)關(guān)，因此由此式可知，擴(kuò)散系數(shù)D與T呈指數(shù)關(guān)系，隨著溫度的升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。</p><p>　　由于水體中DO被消耗的過(guò)程由不同階段組成，實(shí)驗(yàn)假設(shè)擴(kuò)散過(guò)程是處于DO被消耗的最初階段，即瞬時(shí)耗氧階段，其反應(yīng)時(shí)間極其短暫。因而研究溫度對(duì)瞬時(shí)耗氧的影響時(shí)，須選取實(shí)驗(yàn)測(cè)定中前5min的DO消耗量作參比，因?yàn)樵谏锘瘜W(xué)耗氧階段，溫度會(huì)影響生物活性進(jìn)而影響到其氧化速度

78、。</p><p>　　圖3-6 不同溫度下沉積物（5g）DO消耗量變化</p><p>　　Fig. 3-6 DO consumption curves of sediment (5g) under different temperature </p><p>　　由圖3-6可知，在實(shí)驗(yàn)初期的前5min內(nèi)，30℃下DO的消耗量要高于20℃下的耗氧量。而在這極短的

79、時(shí)間內(nèi)，生物化學(xué)耗氧還未開(kāi)始，因此結(jié)合fick第二定律，可以認(rèn)為是由于溫度的升高提升了沉積物中瞬時(shí)耗氧物質(zhì)的擴(kuò)散速率，進(jìn)而導(dǎo)致耗氧量的增加。</p><p><b>　　寧大內(nèi)河SOD測(cè)定</b></p><p>　　為對(duì)比寧波市區(qū)內(nèi)河的沉積物耗氧情況，以便更全面得了解寧波內(nèi)河水質(zhì)情況，采集了寧大雙橋內(nèi)河的泥樣進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。分別從沉積物的質(zhì)量及溫度兩個(gè)方面進(jìn)行測(cè)定，

80、為排除實(shí)驗(yàn)誤差，均進(jìn)行了平行實(shí)驗(yàn)。分別稱(chēng)取同一站點(diǎn)沉積物5g、10g各兩份，將恒溫箱控制在20℃下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3-7：</p><p>　　圖 3-7 不同質(zhì)量沉積物DO消耗量變化</p><p>　　Fig. 3-7 DO consumption curves of different mass sediment</p><p>　　由圖3-7和圖3-5

81、可知，雙橋內(nèi)河同一站點(diǎn)不同質(zhì)量的沉積物耗氧情況與寧波市區(qū)內(nèi)史魏家河ST1的耗氧趨勢(shì)相同，但總耗氧量明顯要高于ST1站點(diǎn)，表明雙橋內(nèi)河的水質(zhì)較史魏家河ST1站點(diǎn)差。5g沉積物達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間要小于10g沉積物，且兩個(gè)平行樣之間差異較小。兩份同一站點(diǎn)的10g沉積物DO消耗情況卻呈現(xiàn)較大的差異，分析原因可能是由于沉積物某種耗氧物質(zhì)的分布不均引起，也可能是由于兩份沉積物樣品的稀稠程度不同所致。</p><p>　　為研究溫

82、度對(duì)SOD測(cè)定的影響，同樣分別稱(chēng)取雙橋內(nèi)河同一站點(diǎn)的沉積物10g分別控制在15℃、20℃下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　圖3-8 不同溫度下沉積物（10g）DO消耗量變化</p><p>　　Fig. 3-8 DO consumption curves of sediment (10g) under different temperature </p><p>

83、　　對(duì)比圖3-6可知，在短時(shí)間內(nèi)溫度較高的實(shí)驗(yàn)條件下沉積物耗氧量要明顯高于溫度較低的情況，因而證明了溫度對(duì)沉積物中耗氧物質(zhì)的擴(kuò)散有一定的促進(jìn)作用。而在30min的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，溫度較高的沉積物DO消耗曲線的斜率同樣大于溫度較低情況下的，進(jìn)一步證明了假設(shè)的正確。 </p><p><b>　　空白實(shí)驗(yàn)分析</b></p><p>　　由于在實(shí)驗(yàn)初期出現(xiàn)溶解氧下降可能是

84、新實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)不穩(wěn)定或者是電極誤差所致，用電極測(cè)定不含實(shí)驗(yàn)?zāi)鄻拥恼芗兯娜芙庋酰鳛榭瞻讓?shí)驗(yàn)（見(jiàn)表3-1）。</p><p>　　表 3-1 20℃下純水DO變化 </p><p>　　Table 3-1 pure water DO under 20℃</p><p>　　圖 3-9 20℃下純水DO變化</p><p>　　Fig. 3

85、-9 pure water DO curves under 20℃ </p><p>　　由圖3-5可知，對(duì)空白不含實(shí)驗(yàn)?zāi)鄻拥纳细菜?0℃下實(shí)驗(yàn)16min，水中溶解氧基本在9.08mg/L上下浮動(dòng)，因此實(shí)驗(yàn)中溶解氧下降可排除上覆水影響和電極穩(wěn)定性影響。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　?。?）寧波市內(nèi)河SOD值普

86、遍偏高，且還原性較強(qiáng)。史魏家河（ST1、ST2站點(diǎn)）和直落河ST6站點(diǎn)目前處于整治期，河底的曝氣裝置起到了明顯的增氧作用。現(xiàn)階段內(nèi)河治理中強(qiáng)還原性沉積物耗氧是水質(zhì)改善的瓶頸，曝氣處理可以適當(dāng)?shù)馗纳扑w水質(zhì)，但針對(duì)一些有明顯“瞬時(shí)耗氧”現(xiàn)象的內(nèi)河時(shí)，河底沉積物清淤非常必要。</p><p>　?。?）在45min的短時(shí)間實(shí)驗(yàn)中沉積物上覆水中的DO在極短時(shí)間內(nèi)消耗為沉積物瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象，造成該現(xiàn)象的原因可能是由于沉積物

87、中的某種瞬時(shí)耗氧物質(zhì)的瞬時(shí)擴(kuò)散，消耗了上覆水中的大量氧氣。在24h的長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)初期同樣出現(xiàn)了瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象，而后呈現(xiàn)的平緩過(guò)程則是由于沉積物中大量的有機(jī)物質(zhì)被微生物分解利用，致使上覆水中的DO不斷緩慢降低。</p><p>　?。?）寧波市內(nèi)河中的戚隘河ST7站點(diǎn)和桑家河ST5站點(diǎn)的沉積物中可能含有大量瞬時(shí)耗氧物質(zhì)，致使ST5、ST7站點(diǎn)的DO消耗量明顯高于其他兩條內(nèi)河的各站點(diǎn)。污染較輕的內(nèi)河沉積物對(duì)上覆水中溶解氧

88、消耗的速度比污染較嚴(yán)重的內(nèi)河沉積物要小，消耗的量也相對(duì)少了2/3左右，并且污染較輕的內(nèi)河沉積物實(shí)驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定需要的時(shí)間較短。 </p><p>　?。?）瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象可能是由于沉積物中某種瞬時(shí)耗氧物質(zhì)的擴(kuò)散引起的，沉積物的質(zhì)量在一定程度上對(duì)該物質(zhì)的擴(kuò)散有一定的作用。反應(yīng)的溫度明顯推進(jìn)了該物質(zhì)的擴(kuò)散，溫度越高，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越顯著，進(jìn)而在短時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)耗氧越明顯。外在的攪動(dòng)在一定程度上促進(jìn)了沉積物的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，但因其打破了原

89、有的運(yùn)動(dòng)流態(tài)，改變了在線測(cè)定儀的水力條件，因而出現(xiàn)了一段DO異?；厣默F(xiàn)象。</p><p>　　（5）由于瞬時(shí)耗氧物質(zhì)遇氧即被氧化，其快速耗氧特征在目前實(shí)驗(yàn)條件下無(wú)法完成準(zhǔn)確的測(cè)定，因而其具體成分有待進(jìn)一步的確認(rèn)。</p><p><b>　　展望</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)基本確定了寧波市四條內(nèi)河（史魏家河、桑家河、直落河、戚隘河）

90、的沉積物耗氧規(guī)律， 分析了短時(shí)間沉積物耗氧與長(zhǎng)時(shí)間耗氧的差異，探究了外在擾動(dòng)、沉積物質(zhì)量、溫度對(duì)瞬時(shí)耗氧的影響，但未能確定在外在擾動(dòng)下DO異常回升的現(xiàn)象以及造成瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象的耗氧物質(zhì)的具體成分。對(duì)于為完成的部分，今后將繼續(xù)再做相關(guān)研究。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李文紅,陳英旭,孫建平.不同溶解氧水平對(duì)控制底泥向上覆水體

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102、L）</p><p>　　圖3-3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 單位（mg/L）</p><p>　　圖3-4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 單位（mg/L）</p><p>　　(5) 圖3-5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 單位（mg/L）</p><p>　　圖3-6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 單位（mg/L）</p><p>　?。?）圖3-7實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 單位（mg/L）</p>