pH值、温度、溶解氧和流量对磷释放过程在雨水管的沉积物和水的界面

文摘

pH值的影响,温度、溶解氧(做),和流量磷(P)发布过程在雨水管道的沉积物和水的界面。采样是在住宅进行雨水管北李实Xi程区北京8月3日,2011年。P的释放率增加,pH值的增加从8到10。高温有利于释放p的浓度上覆水总磷(TP)增加的浓度降低。随着流量的增加从0.7年代⁻¹到1.1年代⁻¹,TP在上覆水的浓度增加,然后趋于稳定。在所有检查的因素在目前的研究中,流量在P释放是主要的影响因素。P的累积释放增加管道的过程在高强度的降雨和径流持续时间短。可行的措施,例如最佳管理实践和低强度开发可以进行控制的P释放城市沉积物通过减慢流量。

1。介绍

许多城市中心是由一个独特的下水道排水网络与城市混合污水的径流水在潮湿的天气1]。结合下水道溢出是间歇性的污染影响接收水的主要来源在许多城市地区由结合下水道(2]。不能运输的固体颗粒在一定的水力条件可以形成存款由废水和雨水3]。此外,冲洗积累的下水道沉积物是污染物的主要来源之一,在城市雨胎流排放(4]。

固体积累在排水系统携带各种各样的污染物。磷(P),主要存在于污水为正磷酸盐(5),是污水中污染物的重要系统之一。事实上,正磷酸盐被快速interact-uptake和发布带有各种各样的自然表面(6]。作为一种重要的营养元素,P可以利用微生物7]。然而,P的释放从下水道威胁水环境的沉积物由于水体的富营养化。

专注于后者的话题,许多研究已经注意到P从沉积物释放各种接收自然水体,如沿海地区(8)、湖泊(9),和河流10]。一些研究调查了城市排水(P释放11]。从沉积物P的释放是一个复杂的过程12]。沉积物的P释放影响因素都进行了广泛的研究和综述。先前的研究[13)报道,pH值,溶解氧(做),在湿地和温度对沉积物磷释放有显著影响,也就是说,缺氧水平和更高的pH值导致更多P释放入水中。然而,很少有研究报道雨水管的沉积物。此外,相对研究[14)表明,可溶性P在沉积物孔隙水含量比上覆水的103倍。P是流动扰动下的上覆水迅速。因此,流量是一个因素需要研究P释放在雨水管的沉积物和水的界面。

2。材料和方法

2.1。研究网站

北李实路位于Xi程北京地区,排水系统是由下水道系统相结合。抽样地点位于北李实住宅雨水管。集雨是人口密集地区和许多小型零售商店和办公室,但小工业活动。采样站点连接管道的长度是500米2 ~ 3‰的梯度。采样站点连接管的直径是300毫米和128毫米厚的沉积物。环境温度最高的7月和8月从20°C到35°C,和80%的年降水量集中在夏季15]。

2.2。抽样

采样是在干燥的天气进行(连续第五个晴天大雨过后)8月3日,2011年。雨水管的沉积物被从检验在0.3 - -0.5米的距离。管道的沉积物,3 - 10厘米宽的横截面取样铲。石头和塑料从样本中删除。然后他们被放在air-sealed塑料袋和送往实验室。样本保存在4°C是有冰箱进行进一步分析(16]。

沉积物取样后,雨水收集的样本直接在沉积物采样点下雨后发生时。雨水样本被保存在冰箱4°C模拟径流冲刷。

2.3。环境因素对P释放的影响在沉积物和水的界面

实验是在1000毫升进行烧杯上覆水的深度6厘米。样本在重复运行。雨水样本过滤去除水中的悬浮固体,微生物(17]。实验装置是覆盖着一个黑色塑料袋,避免光合作用。为了模拟pH值的影响在雨水管P释放沉积物,在不同pH值的实验,,,,与7毫克26°C L⁻¹做的。氢氧化钠和盐酸是用来调整博士为了避免离子强度的影响在P释放,氯化钠添加控制盐度(18]。温度对磷释放的影响进行了研究°C,°C,°C,°C和在pH = 8°C生化培养箱和做7毫克L⁻¹。实验做的效果的情况下进行了26°C和pH = 8。做调整mg L⁻¹,mg L⁻¹,mg L⁻¹,mg L⁻¹通过添加钠₂所以₃。在实验期间,小于1毫克L⁻¹做的就是通过测量溶解氧米。流量可以使用相应的计算转速的实验。五个不同的流速0.3年代⁻¹,0.5年代⁻¹,0.7年代⁻¹,0.9年代⁻¹,1.1年代⁻¹在这个实验中,研究了相应的转速的搅拌器57 rmin吗⁻¹96 rmin⁻¹134 rmin⁻¹172 rmin⁻¹,210 rmin⁻¹,分别。实验运行在pH = 8,温度26°C和做7毫克L⁻¹。

2.4。分析方法

这些实验的水位是指出为了保持相同的水量后取样和补充。20毫升样品提取与分析的一个注射器总磷(TP)每10分钟。然后,添加适量的雨水是为了弥补损失的水和蒸发。对于TP分析,水样本热压处理过的121°C K后30分钟₂年代₂O₈是补充道。然后,添加钼酸1毫升抗坏血酸和2毫升样品测量使用molybdenum-antimony antispectrophotometric方法(19]。

因为一个适当的体积的水从实验仪器收集的样本,和干净的水没有P提供的实验仪器,累积释放量被描述为抽样 在哪里上覆水的体积,,,P浓度在第一采样、上覆水()th采样和th抽样,分别抽样的水的体积。磷(P)在不同的环境因素被描述为加载 在哪里,上的累积释放量吗th采样和()取样,分别取样间隔的时间,是在沉积物和水的接触面积接口。

3所示。结果与讨论

3.1。沉积物特征

物理化学性质进行了分析,包括粒度分布(表1各种形式的P(浓度)和表2)。

3.2。pH值对P释放的影响沉积物和水的界面

P浓度的变化作为pH值的函数释放实验如图1。结果表明,P释放沉积物发生在酸性和碱性条件下,和P的释放量大在碱性条件13]。一项研究[20.)表明,pH值的变化可以改变粒子聚合/凝聚力行为通过改变他们的表面电荷性质。颗粒带负电,聚合和沉积在酸性条件下不发生。粒子电荷逆转从消极到积极的在pH = 7,可能考虑的等电点。大聚合形成在pH = 7。根据结果,中性条件劣势P的释放。所示的pH值对P释放的影响主要是通过P物种形成结合金属,如铁、铝,Ca (21]。磷和Al-P可能的组合形式存在于沉积物。在pH = 7号到9号,一层铁(哦)₃保护膜表面形成的磷,磷的相对稳定。此外,封闭的存储机制的现象发生在Al-P,和P分数主要包括和,它可以很容易被微生物吸收。磷之间的交换,Al-P,哦⁻很容易在pH值就越高。

公布的结果表明,TP达到最大浓度的上覆水在第一个10到20分钟的实验在不同pH值条件。然后TP的浓度开始降低,最后保持平衡。达到平衡的时间约为60分钟,pH值4或6和30分钟在中性条件下(即。pH = 7)。然而,在碱性介质中,平衡时间更长(即。,70分钟,80分钟)pH值8和10个,分别。建议TP浓度的平衡时间是在中性条件下的最短。P从下水道释放沉积物比其他条件在中性条件下更稳定。在中性条件下,P在水中可以消耗中细菌等微生物通过新陈代谢。然而,在碱性条件下,一些金属离子的形式存在于氢氧化物胶体或水中的无机盐。可以吸附一定量的P的表面形式。此外,TP在上覆水的浓度下降缓慢的絮凝和沉降。P释放的最大累积量在不同pH值见图2。随着pH值的增加,P的最大累积释放曲线呈现“U”。为了描述之间的关系的最大累积P释放和pH值,一个抛物线方程是使用原点8.0软件开发的。方程是

3.3。温度对磷释放的影响从沉积物和水的界面

温度对磷释放的影响从沉积物如图3。这些观察表明,P释放温度的增加而增加。在实验的开始,TP上覆水的浓度急剧增加,在20 - 30分钟达到最大浓度。

然而,TP在上覆水的浓度逐渐下降,然后达到平衡。平衡时间约50分钟15°C和20°C,它是大约60分钟和80分钟25°C和30°C,分别。随着温度增加,微生物的活动显著增加(22]。与此同时,在上覆水浓度减少由于微生物的消耗,从而降低氧化还原电位(呃)。转换从铁^{3 +}对菲^{2 +}增强,导致从沉积物中磷的释放23]。此外,从OP转换到IP沉积物中微生物活动会提高也促进P释放。P释放的影响更重要的钙质沉积物中有机质的矿化可以提高温度的增加。大量的公司₂是导致钙质沉积物的溶解。P从沉积物释放相应的加速。此外,有机酸络合的函数可以生产的有机物质分解的过程中,如柠檬酸和酒石酸。P的释放率从沉积物由有机酸(也可以增强24]。

P的最大累积释放不同温度下如图4。P释放的最大累积量随着温度的增加线性增加。方程的相关性

3.4。在P释放的影响沉积物和水的界面

TP浓度的变化上覆水的释放实验如图5。TP浓度增加浓度降低。TP浓度达到顶部在厌氧条件下(< 1毫克L⁻¹),需要更长的时间(约110分钟)达到平衡。之间的相似的趋势是做< 1毫克L⁻¹L = 3毫克⁻¹。TP浓度并没有改变太多做5毫克时L⁻¹7毫克L⁻¹和9毫克L⁻¹平衡时间为80分钟,60分钟,分别和60分钟。

这个观察可以解释为一定数量的粒子悬浮由于上覆水的注入实验准备阶段。P的浓度被降低沉降和readsorption粒子。TP浓度逐渐增加在厌氧条件下随着时间的增加然后达到平衡。平衡时间是在有氧条件下比这长得多的时间。此外,P的最大释放率增加和减少。

除了时间,嗯的沉积物也会受到影响。之前的研究(25)表明,主要的形式是磷释放。铁的化学反应过程^{3 +}转化为铁^{2 +}在厌氧条件下。胶体铁(哦)₃表面保护层的磷转化成可溶性铁(哦)₂;因此,从沉积物被释放到上覆水。然而,少量的P也可以发布在有氧条件下主要由有氧分解有机物引起的。有机胶体表面形成了无机固体如粘土矿物、氧化铝、氧化铁和碳酸钙等。因此,P固定降低与减少的结合和固体。此外,可溶性P被铁逐渐吸附(哦)₃。P释放的最大累积量之间的关系,如图6。方程的相关性

3.5。流量对P释放的影响在沉积物和水的界面

TP浓度在不同流动条件下的变化随着时间的推移图所示7。很明显,TP浓度在动态条件下远高于在静态条件下这些。TP浓度基本稳定,流量是0.3年代⁻¹或0.5年代⁻¹。TP释放与流量的增加急剧增加。TP浓度迅速增加实验的初始阶段,然后逐渐下降,直至达到平衡。平衡时间增加随着流量的增加。然而,P释放时不会增加P的释放达到的最大数量。这表明,水动力条件的影响仅仅是短期影响P释放。

在图8,P的最大累积释放与流量的增加呈指数增加。方程的相关性

根据上面的计算结果,最大m P加载是8.29毫克⁻²最小值⁻¹,0.82毫克⁻²最小值⁻¹,2.11毫克⁻²最小值⁻¹和178.05毫克⁻²最小值⁻¹在不同因素(pH值、温度和流量),分别。很明显,流量是P释放的主要因素。

4所示。结论

发布规则及其影响因素(即。,pH, temperature, DO) of P at the sediment and water interface in storm sewer is similar to that in natural water bodies. It was almost not released in the neutral pH condition. However, the release rate of P increased with the increase of pH from 8 to 10 and is much faster at high temperature than lower. The P release was much higher in anoxic condition than that in aerobic condition.

描述之间的关系的拟合公式是P的最大累积释放和雨水管的环境因素。P释放在动态加载条件远远高于在静态条件下,流量是主要的影响因素。P的累积释放增加管道的过程在高强度的降雨和径流持续时间短。可行的措施,例如最佳管理实践和低影响开发可以进行控制P发布城市沉积物通过减慢流量。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了北京学术创新集团在城市雨水系统与水环境幢(PHR201106124)和北京气候变化响应的研究和教育中心,BCCRC (PXM 2013-014210-000122)。

引用

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