一种管道沉积物-水系统中磷迁移和转化的量化计算方法
技术领域
本发明涉及沉积物中磷类污染量计算
技术领域
，具体为一种管道沉积物-水系统中磷迁移和转化的量化计算方法。背景技术
排水系统作为城市基础设施的重要组成部分，承担生活污水、雨水、工业废水的收集和输送；然而，雨、污水中携带的悬浮颗粒物在管道内水流要素变化等原因的影响下会发生沉降，使得排水管道内沉积现象十分普遍；管道沉积物的产生，会缩减管道的输送空间、使管道输水能力下降，沉积物中的微生物在代谢中会产生有害化合物，导致产生异味和腐蚀，而且，沉积物中的磷类污染物随溢流污、废水进入受纳水体，则易造成水体富营养化。
目前，还没有一种简单易行的方法能对磷类污染物迁移、转化过程的测定和计算，因此，亟需一种管道沉积物-水系统中磷迁移和转化的量化计算方法来解决上述问题
发明内容
本发明提供一种管道沉积物-水系统中磷迁移和转化的量化计算方法，来解决管道沉积物中磷类污染物带来的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种管道沉积物-水系统中磷迁移和转化的量化计算方法，包括如下步骤：
S1、构建试验装置，包括多个相同的容器，各个容器内底部填入灭菌沉积物，并倒入上覆水；
S2、对各个容器内沉积物和上覆水进行取样，其中，对各个容器按顺序标记，并每隔预设天数，按标记顺序进行取样；
S3、对样品进行测定，具体包括：
a、上覆水样中TP和DRP浓度采用钼酸盐比色法测定；
b、将各个样品中的沉积物在5000r/min转速下离心20min，过滤得到间隙水，用钼酸盐比色法测定间隙水TP和DRP；
c、将离心得到的沉积物残渣烘干和研磨后，分成两份；
其中，一份部分过200目筛，加10ml5％过硫酸钾溶液和5ml30％硫酸溶液后进行消煮，冷却后过夜静置，次日用钼锑抗分光光度法测定，得到沉积物中的TP；
另一份过100目筛，加10ml5％过硫酸钾溶液和50ml1mol/L氯化铵溶液，并调节样品pH值至中性后于25℃下震荡提取2h，将提取得到的液体倒入离心管，在10000r/min转速下离心20min，上清液经0.45μm玻璃滤膜过滤后，经钼锑抗分光光度法测定，得到沉积物中的Ex-P；
S4、根据测定结果，计算的TP、DRP和Ex-P的变化量，以及TP和DRP的迁移率和转化率。
优选的，在步骤S1中，容器均匀分成灭菌组和对照组，其中，灭菌组中的容器内底部填入灭菌沉积物，并倒入上覆水，对照组中的容器内底部填入原沉积物，并倒入上覆水。
优选的，沉积物平铺后放入超净工作台，在紫外灯下照射48h，得到灭菌沉积物。
优选的，各个所述容器开口处均用PVC保鲜膜包裹，使所述容器内构成缺氧的环境。
优选的，在步骤S2中，沉积物的取样区域为沉积物-水界面以下0-20mm处。优选的，在步骤S4中，TP、DRP和Ex-P的变化量计算公式为：
ΔC＝C-C0；
其中，ΔC为灭菌组不同位置TP、DRP和Ex-P的浓度变化量，C为灭菌组最后一次取样时不同位置TP、DRP和Ex-P的浓度，C0为第一次取样时不同位置TP、DRP和Ex-P的浓度；
TP或DRP的迁移量计算公式为：ΔM＝-ΔC，其中，ΔM为上覆水、间隙水中TP或DRP的迁移量；
TP或DRP的迁移率计算公式为：其中，rM为迁移率；
TP或DRP的转化量计算公式为：ΔT＝-ΔC'-ΔM，其中，ΔT为对照组上覆水或间隙水中TP、DRP生物转化量，ΔC'为对照组不同位置TP、DRP和Ex-P的浓度变化量；
TP或DRP的转化率公式为：
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过构建试验装置模拟磷在排水管道内的迁移和转化，并通过对管道中沉积物和水进行取样、测定，分析磷的迁移路径和生物转化路径，计算迁移量和转化量，进而计算出迁移率和转化率，计算过程简单方便，易于操作和实现。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明沉积物-水系统中磷迁移、转化试验模拟装置示意图；
图2是本发明灭菌组沉积物-水系统中各形态磷的变化量；
图3是本发明对照组沉积物-水系统中各形态磷的变化量。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：一种管道沉积物-水系统中磷迁移和转化的量化计算方法，包括如下步骤：
S1、构建试验装置，包括多个相同的容器，各个容器内底部填入灭菌沉积物，并倒入上覆水；
S2、对各个容器内沉积物和上覆水进行取样，其中，对各个容器按顺序标记，并每隔预设天数，按标记顺序进行取样，其中，沉积物的取样区域为沉积物-水界面以下0-20mm处；
S3、对样品进行测定，具体包括：
a、上覆水样中TP和DRP浓度采用钼酸盐比色法测定；
b、将各个样品中的沉积物在5000r/min转速下离心20min，过滤得到间隙水，用钼酸盐比色法测定间隙水TP和DRP；
c、将离心得到的沉积物残渣烘干和研磨后，分成两份；
其中，一份部分过200目筛，加10ml5％过硫酸钾溶液和5ml30％硫酸溶液后进行消煮，冷却后过夜静置，次日用钼锑抗分光光度法测定，得到沉积物中的TP；
另一份过100目筛，加10ml5％过硫酸钾溶液和50ml1mol/L氯化铵溶液，并调节样品pH值至中性后于25℃下震荡提取2h，将提取得到的液体倒入离心管，在10000r/min转速下离心20min，上清液经0.45μm玻璃滤膜过滤后，经钼锑抗分光光度法测定，得到沉积物中的弱吸附态总磷Ex-P；
S4、根据测定结果，计算的TP、DRP和Ex-P的变化量，以及TP和DRP的迁移率和转化率。
其中，将试验装置的中容器均匀分成灭菌组和对照组，灭菌组中的容器内底部填入灭菌沉积物，并倒入上覆水，灭菌沉积物获取方法为将沉积物平铺后放入超净工作台，在紫外灯下照射48h，得到灭菌沉积物；对照组中的容器内底部填入原沉积物，并倒入上覆水，且为了模拟实际雨水管道中缺氧的环境，各个所述容器开口处均用PVC保鲜膜包裹，使所述容器内构成缺氧的环境；
其中，在步骤S4中，TP、DRP和Ex-P的变化量计算公式为：
ΔC＝C-C0；
其中，ΔC为灭菌组不同位置TP、DRP和Ex-P的浓度变化量，C为(灭菌组)最后一次取样时不同位置TP、DRP和Ex-P的浓度，C0为第一次取样时不同位置TP、DRP和Ex-P的浓度；
TP或DRP的迁移量计算公式为：ΔM＝-ΔC，其中，ΔM为上覆水、间隙水中TP或DRP的迁移量；
TP或DRP的迁移率计算公式为：其中，rM为迁移率；
TP或DRP的转化量计算公式为：ΔT＝-ΔC'-ΔM，其中，ΔT为对照组上覆水或间隙水中TP、DRP生物转化量，ΔC'为对照组不同位置TP、DRP和Ex-P的浓度变化量；
TP或DRP的转化率公式为：
参考图1，在一具体实施例中，容器为10个，灭菌组和对照组均为5个，并分别标号1-5，在灭菌组中，每个容器中填入50mm厚的灭菌沉积物，在对照组中每个容器中填入50mm厚的原沉积物，灭菌组试验模拟管道中磷的迁移过程，对照组试验模拟雨水管道中磷的迁移与生物转化过程，并在每个容器中依次缓慢倒入250ml模拟雨水，即上覆水，模拟雨水中各种污染物浓度如下表：
取样时，在试验当天分别从两组标记1的容器中取上覆水样和沉积物样，之后每3天依次在两组中按顺序进行取样，直至12天时完成取样，其中，每次取上覆水样和沉积物样时，各平行取3个样。
在灭菌组中，根据上述步骤对灭菌组中各形态磷的迁移量进行测定，结果如下所示：
灭菌组沉积物-水系统中不同位置TP的浓度变化表：
灭菌组沉积物-水系统中不同位置DRP/Ex-P的浓度变化表：
由上述表可知，在灭菌组沉积物-水系统中，上覆水和间隙水中TP和DRP浓度均略微下降，沉积物中TP与Ex-P少量增多；
参考图2所示，对测定结果进行计算：
计算得上覆水中TP和DRP迁移量分别约为：
ΔMTP＝-ΔCTP＝0.046mg·L-1
ΔMDRP＝-ΔCDRP＝0.031mg·L-1；
同理，按上述方法计算得到间隙水中TP、DRP迁移量分别约为0.025mg·L-1和0.025mg·L-1，并根据上述计算公式计算上覆水中TP和DRP的迁移率，如下表所示：
在对照组中，根据上述步骤对对照组中各形态磷的生物转化量进行测定，结果如下所示：
对照组沉积物-水系统中不同位置TP的浓度变化表：
对照组沉积物-水系统中不同位置DRP/Ex-P的浓度变化表：
由上述表可知，在灭菌组沉积物-水系统中，上覆水和间隙水中TP与DRP下降，沉积物中TP与Ex-P增多；在浓度梯度和微生物共同作用下，部分磷从上覆水和间隙水迁移、转化进入沉积物中。
根据上述计算公式计算对照组上覆水TP的变化量：
ΔOTP＝0.234-0.295＝-0.061mg·L-1
参考图3，计算出对照组不同位置各形态磷变化量，其中，对照组中微生物起着重要作用，TP、DRP浓度的变化是位置迁移和生物转化共同作用的结果；
根据上述转化量计算公式，计算计算得上覆水中TP生物转化量：ΔT＝-(0.061)-0.046＝0.015mg·L-1，同理计算上覆水、间隙水中TP和DRP生物转化量，如下表所示：
并根据上述转化率公式计算得出上覆水、间隙水中TP、DRP的转化率，如下表所示：
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
