重慶某天然湖泊COD空間分布研究

肖楚，沈艷艷，蔣經(jīng)緯，程鵬

(1.后勤工程學院化學與材料工程系，重慶　401311； 2.重慶市沙坪壩區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，重慶　401331)

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重慶某天然湖泊COD空間分布研究

肖楚1，沈艷艷2，蔣經(jīng)緯1，程鵬1

(1.后勤工程學院化學與材料工程系，重慶401311； 2.重慶市沙坪壩區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，重慶401331)

對重慶某天然湖泊布設37個取水樣點，采用快速消解分光光度法測定水樣的化學需氧量(COD)。在165℃下使用HACH試劑對水樣消解20 min，測得COD范圍為17.5-49.9 mg/L、均值為33.0 mg/L。該湖泊水體COD總體較高，其空間變化規(guī)律為湖中間低、四周高，南側低、北側高，水溫、周邊植被、湖水深淺以及當?shù)仫L向是COD變化規(guī)律的主要原因。

湖泊；COD；空間分布

湖泊是地表水的主要組成部分，我國湖泊總貯水量約為7.551×1011m3，其中淡水湖貯水量約為2.350×1011m3[1]。由2014年至2015年，全國62個重點湖泊(水庫)中，水質為Ⅰ類湖泊(水庫)由7個減少至5個，Ⅱ類由11個增加為13個，Ⅲ類由20個增至25個，Ⅳ類由15個減少為10個，Ⅴ類及劣Ⅴ類無變化均分別為4個、5個[2-3]。Ⅰ類優(yōu)質的湖泊(水庫)數(shù)量減少，而其他湖泊(水庫)水質總體變好，盡管如此，我國湖泊水體污染還是較嚴重，主要污染指標為COD、總磷和高錳酸鹽指數(shù)[2-3]。

湖泊水體污染治理主要集中在生態(tài)工程技術、低泥清淤等方面。生態(tài)工程為在湖泊內(nèi)建立浮葉、沉水植物帶等措施，通過人工投入浮葉、沉水植物與湖泊生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的藻類進行競爭，爭奪水體內(nèi)的營養(yǎng)物質，從而減輕污染?，F(xiàn)該方法在實際工程應用中未考慮湖泊水體不同區(qū)域的污染情況有差異[4]，導致治理費用增加、治理效果不佳。本文以重慶市某高校內(nèi)湖泊作為研究對象，設置了37個采樣點測定COD含量，探究天然湖泊水體COD空間分布規(guī)律，為差異化、分區(qū)治理水質較差的天然湖泊提供理論基礎、數(shù)據(jù)支持和科學依據(jù)。

1　湖泊概況

該湖泊位于重慶市主城某高校內(nèi)，南北最長約710 m、東西最寬約280 m為一狹長湖泊，且北側湖面相對寬闊、南面狹窄，且湖泊中部偏西有一小島，總體形狀不規(guī)則。湖泊平均水深約3 m、最深約6 m，由北向南可劃分為3個區(qū)域(圖1)，北區(qū)水深2～3 m、中區(qū)水深2～6 m、南區(qū)水深0.5～2 m，平均水深約3 m。整個水體為封閉狀態(tài)，無工業(yè)廢水、生活污水排入，主要補給為大氣降水，匯水面積約為1.2 km2。湖的東面、西面為山林，西面、北面為教學實驗室及訓練場所。

2　材料與方法

2.1實驗儀器及試劑

實驗儀器：HACH COD消解器、HACH分光光度計。

試劑：消解液(HACH 20分鐘消解COD預制管試劑，成分硫酸80%～90%、硫酸汞0.1%～1.0%、硫酸銀0.5%～3.0%、鉻酸0.1%～1.0%)、COD標準試劑(HACH 1 000.0 mg/L標準溶液)。

2.2測量方法

移取2.00 mL待測水樣于消解COD預制管試劑，加熱至165℃消解20 min，在最大吸收波長下使用HACH分光光度計測量消解液的吸光度，與標準曲線對比確定COD含量[5]。

2.3測量條件

測量波長：消解分光光度法的吸收波長應選擇在440 nm±20 nm的范圍內(nèi)，選擇445nm最大吸收波長作為測量波長。

標準曲線：使用1 000.0 mg/L的COD標準試劑配制系列標準溶液測定吸光度，并擬合得到擬合方程：

A-A0=-0.0038C-0.0002

(1)

式中，A0為空白實際的吸光度，A0=1.092；A為待測水樣的吸光度；C為COD濃度，mg/L。

擬合方程的相關系數(shù)r=0.999 8。

2.4采樣方法

2016年3月，在整個湖面設置37個采樣點(見圖1)，使用敞開式采樣器[6]，取位于水面下0.5 m的水體[7]。每次采樣約2.5 L，取采樣瓶中部的水樣于500 mL PVC瓶保存，并在24 h內(nèi)進行測量。取樣時湖水溫度在17～20℃。

3　結果與討論

3.1COD空間分布特征

經(jīng)過測定，該湖泊水體COD濃度變化范圍為17.5～49.9 mg/L、均值33.0 mg/L，總體偏高，不完全滿足《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)IV類水域標準，其分布情況見圖1。COD最高值出現(xiàn)在最南側的監(jiān)測點上，最低值出現(xiàn)在湖泊中部的監(jiān)測點，兩者差值為32.4 mg/L。整個湖泊中心水體COD明顯小于四周水體，COD呈放射性分布，由周邊到中心越來越小。在湖水的南側COD整體高于北側。

圖1　采樣點和COD濃度分布Fig.1　Concentration distribution of sampling points and COD

3.2COD分布成因分析

3.2.1湖水總體COD偏高分析

由于該湖為封閉湖，補水來源為降雨，這種封閉性就使得水中的有機物只是靠湖底泥中的微生物酶降解有機污染物，沒有被降解的有機污染物就沉到水底的污泥中。而通過湖水的涌動，污泥中的有機物又不斷浮出水面，就導致水質較差。而在20～40℃內(nèi)，酶的活性隨溫度的升高而升高，降解污染物的能力也同步提高[8-9]。由于采樣時間為3月份，湖水溫度僅為17～20℃，水中微生物酶的活性較低，對有機污染物的降解分解能力較弱，導致湖水COD的整體含量偏高。

3.2.2COD空間分布規(guī)律分析

周邊植被的影響：植被的存在對水土保持、降解有機物有積極和促進作用，但另一方面植被會掉落大量的枯葉、枯木等進入湖內(nèi)或周邊區(qū)域。落入水體的物質通過一系列的降解變?yōu)楦迟|，周邊的枯葉、枯木等通過生物降解經(jīng)過雨水淋溶代入污染物后進入湖泊，從而導致湖泊四周水體COD較高。

湖水深淺的影響：通過觀察和測量可以明顯發(fā)現(xiàn)，湖水越淺的區(qū)域其COD含量越高，在湖的南側，平均水深只有0.5～2 m，明顯低于其他區(qū)域。這部分水體的流動性較差，受環(huán)境污染較為明顯，湖底的腐殖質對水體的污染也更加嚴重。

風向的影響：該湖泊所在地的主導風向為北風、東北風，在風力的作用下，落葉以及水面上的漂浮物由南向北漂移，導致污染物由北向南遷移使得南側水體COD更高。

4　結論

經(jīng)測定，重慶某天然湖泊水體COD濃度為17.5～49.0 mg/L、均值為33.0 mg/L，不完全滿足《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)IV類水域標準。湖水總體COD偏高的原因為該封閉湖只靠湖底泥中的微生物酶降解有機污染物，在湖水溫度低時，微生物酶的活性較低，對有機污染物的降解分解能力較弱。由于受周邊植被、湖水深淺以及當?shù)仫L向的影響，湖泊中心水體COD明顯小于四周水體，湖水的南側COD整體高于北側。

[1]劉吉峰, 吳懷河, 宋偉. 中國湖泊水資源現(xiàn)狀與演變分析[J]. 黃河水利職業(yè)技術學院學報, 2008, 20(1): 1- 4.

[2]環(huán)境保護部. 2014年中國環(huán)境狀況公報[EB/OL]. (2015-06-04) [2016-07-20]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201506/t20150604_302942.htm.

[3]環(huán)境保護部. 2015年中國環(huán)境狀況公報[EB/OL]. (2016-06-02) [2016-07-20]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201606/t20160602_353078.htm.

[4]周晨, 喻理飛, 蔡國俊. 草海高原濕地湖泊水質時空變化及水質分區(qū)研究[J]. 水生態(tài)學雜志, 2016, 37(1): 24- 30.

[5]國家環(huán)境保護總局. HJ/T 399—2007 水質 化學需氧量的測定 快速消解分光光度法[S]. 北京: 中國環(huán)境科學出版社, 2007.

[6]國家環(huán)境保護局. GB/T 14581—93 水質湖泊和水庫采樣技術指導[S]. 北京: 中國環(huán)境科學出版社, 1993.

[7]水利部. SL 187—96 水質采樣技術規(guī)程[S]. 北京: 中國水利水電出版社, 1997.

[8]NIKOLAY A S, DAVID B W. Regulation of biosynthesis of individual celluloses in Thermomonaspora fusea[J]. Journal of Bacteriology, 1998, 180(14): 3529- 3539.

[9]楊磊, 林逢凱, 胥崢, 等. 底泥修復中溫度對微生物活性和污染物釋放的影響[J]. 環(huán)境污染與防治, 2007, 29(1): 22- 25.

A Study on Spatial Distribution of COD in One Natural Lake of Chongqing

XIAO Chu1, SHEN Yan-yan2, JIANG Jing-wei1, CHENG Peng1

(1.Dept. of Chemistry & Material Engineering, Logistical Engineering University, Chongqing 401311, China;2.Environmental Monitoring Station of Shapingba District of Chongqing, Chongqing 401331,China)

a total of 37 sampling points were laid in a natural lake of Chongqing, and the Chemical Oxygen Demand (COD) of water samples were measured by using rapid digestion spectrophotometric method. The water samples were digested by HACH reagent for 20 min at 165℃,and the COD of the water samples were 17.5-49.9 mg/L, with the mean value 33.0 mg/L. In general, the COD of the water samples were high, and the water close to the lake shore was higher than that in the central area; and the COD in the north was higher than that in the south. The main reasons for this pattern were the water temperature, surrounding vegetation, lake depth, and local wind direction.

lake; COD; spatial distribution

2016-07-20

肖楚(1979—)，男，講師，碩士，主要從事環(huán)境化學、分析化學教學科研，E-mail：12651975@qq.com

10.14068/j.ceia.2016.05.021

X131.2

A

2095-6444(2016)05-0079-03