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徐州市尾水导流工程规划线路北起(徐州)桃园河、柳新河等河段,最后经新沂河北泓入海,导流干线全长172.69km,规划利用尾水的农业灌区达20.37万亩,工程量大,涉及的区域广,影响因子多而复杂,势必对沿线的生态环境产生长远的影响。 本论文以研究徐州区域尾水导流及农业灌溉工程的生态风险为主要目标,分析了不同尾水输送方案对尾水水质的影响;研究了尾水农田灌溉条件下土壤重金属的形态与分布变化,揭示了其迁移规律;探讨了尾水中内分泌干扰物(EDCs)的风险,并分析了TiO2光催化降解17α-乙炔基雌二醇(EE2)的性能;最后对尾水导流及农田灌溉可能产生的生态风险进行评价,提出应对生态风险的措施。本论文的主要结论如下: (1)不同尾水输送方案对尾水水质的影响研究 与明渠输送方案相比,管道输送方案更有利于尾水中污染物的降解;管道输送过程中,除了浊度(SS)、溶解氧(DO)之外,其它污染物(化学需氧量、生化需氧量、总氮、氨氮、总磷、雌酮、辛基酚、壬基酚)的去除主要发生在前48小时。在选择管道输送方案的基础上,可以考虑适当增大尾水流速,降低尾水在管道中的停留时间,这样一方面可以降低管径,节省管道铺设成本,另一方面可以增加设计流量,从而为尾水的可持续输送提供保障。 (2)尾水农业灌溉过程中重金属迁移规律研究 土柱模拟实验表明,砷(As)、隔(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)主要在表层(0~10cm)累积。农作物的种植增强了4种重金属向下迁移的趋势,其中,种植玉米的土壤比种植小麦的土壤对重金属向下迁移的趋势影响更为显著。对于清污轮灌,4种重金属向下迁移的趋势并没有明显增强,仅是累积量低于污灌时的累积量。对小麦和玉米中重金属含量测定发现,无论何种灌溉方式,4种重金属在小麦体内的累积趋势均表现为:Zn>Cu>As>Cd,分布趋势基本为根>茎、粒。四种重金属在作物体内的累积,污灌方式比清污轮灌方式相对较明显。 (3)短期尾水灌溉对土壤重金属的形态及分布影响 土柱模拟实验表明,污灌条件下,表层土壤中有机质含量由0.06%增加到0.32%,pH降低了0.4个单位,碳酸钙含量降低了52.7%,EC增加了255%。经过人工设计灌溉量为四年的尾水灌溉后,表层土样中Zn、Cd、Cu、As的浓度均有不同程度的增加,但并不是很显著。污灌会影响土壤表层重金属形态的稳定性,从而导致重金属各种形态在土壤中重新分配。污灌可以使表层土壤中Zn、Cd、Cu、As的稳定性由可变型向易变型转化,同时会导致盐类在土壤中累积,这是使用尾水进行农业灌溉的一个限制条件。 (4) TiO2光催化降解EE2及其雌激素活性研究 在光催化的条件下,TiO2纳米管可以稳定、有效的降解EE2,降解过程遵循伪一级动力学方程,表观速率常数为0.0242min-1。光催化降解120分钟之后,超过94%的雌激素活性被去除。EE2光催化降解的最适pH值是9.0。无机阴离子的存在会抑制EE2的降解,抑制程度为:HPO42-> HCO3-> NO3-。当腐殖酸浓度在0-6mg/L时,降解速率随腐殖酸浓度的升高而增加,超过6mg/L时降解速率则下降。 (5)徐州市区域尾水导流工程生态风险评价及对策 导流线路占用原有河道,尾水流域面积扩大,尾水中部分内分泌干扰物、氯消毒副产物、抗生素等污染物可能会对流域水环境产生长期的潜在危害;尾水沿途用于农业灌溉,可能会对灌区土壤生态系统、地下水等造成不同程度的影响。针对可能产生的生态风险,主要从导流对河道造成的风险、突发事故风险、尾水农业灌溉风险等方面提出了相应的规避对策及控制措施,使尾水导流及及农业灌溉工程的风险最小化。