桂畔海河底泥中氨氮分布及釋放規(guī)律

董 志 虎

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300000)

桂畔海河底泥中氨氮分布及釋放規(guī)律

董 志 虎

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300000)

針對桂畔海河水體中氨氮季節(jié)性變化較大的特點(diǎn)，在分析底泥構(gòu)成的基礎(chǔ)上，探討底泥中氨氮的分布特性及其釋放對水質(zhì)的影響，并分別考察溫度、溶解氧和擾動強(qiáng)度對水體中氨氮濃度的影響。結(jié)果表明：在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，氨氮的釋放量由0.91 mg/L增加到2.16 mg/L；溶解氧由低溶解氧狀態(tài)升高到高溶解氧狀態(tài)，水體中氨氮濃度下降1.03 mg/L。同時(shí)，擾動大大促進(jìn)了底泥中氨氮的釋放。

桂畔海河，氨氮，底泥，水質(zhì)

0 引言

近年來，在順德區(qū)快速發(fā)展的同時(shí)當(dāng)?shù)睾佑课廴局饾u加重，紅崗涌、石洛涌、仙洞涌的黑臭以及大良河的劣Ⅴ類致使桂畔海河水質(zhì)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。監(jiān)測表明，部分污染物質(zhì)的含量超過劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，其中，氨氮的存在具有鮮明的特征與代表性。從2013年—2016年，通過分析桂畔海河的水質(zhì)監(jiān)測資料，發(fā)現(xiàn)水體呈現(xiàn)低溫時(shí)氨氮超過劣Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)[1]，常溫下指標(biāo)又下降的特點(diǎn)。前期研究表明，底泥中氨氮對水體水質(zhì)影響重大[2]，因此，需要研究底泥中氨氮存在形態(tài)、分布規(guī)律、釋放特征以及水流狀態(tài)對水體水質(zhì)的影響。

國內(nèi)外已經(jīng)做了很多關(guān)于底泥釋放污染物的研究[3]，但是針對河道底泥的研究較少。現(xiàn)階段，在外源污染得到有效控制后，內(nèi)源污染成為制約河流水質(zhì)的另一個(gè)重要原因。吸附在底泥膠體上的污染物在環(huán)境因子的改變下，與孔隙水發(fā)生交換，分散在水中，造成了河流的二次污染[4]。基于此，本文以桂畔海為研究對象，將環(huán)境因子作為自變量，探究桂畔海河底泥對氨氮的吸附特性，進(jìn)行了底泥中底泥氨氮釋放模擬實(shí)驗(yàn)[5]，探討其在河道底泥中的遷移機(jī)制，為治理桂畔海河提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 樣品的采集與處理

為了考察桂畔海河斷面底泥污染物空間賦存情況[6]，進(jìn)行了底泥采樣與分析。相關(guān)采樣信息如下：

采樣時(shí)間：2016年1月～2016年12月。

采樣地點(diǎn)：新滘節(jié)制閘、灰爐涌節(jié)制閘、石排節(jié)制閘。

采樣點(diǎn)布置(見圖1)。

樣品采集與保存方法：采用水樣采集器分別取桂畔海南岸、河中心、北岸的上、中、下層共7個(gè)取樣點(diǎn)的桂畔海河水樣，置于采樣瓶中；同時(shí)采用抓斗式采泥器采集表層5 cm底泥，將其裝入密封的采樣瓶；帶回實(shí)驗(yàn)室，于4 ℃低溫下短暫保存。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

用粗頸漏斗向?qū)嶒?yàn)裝置中緩緩加入底泥樣品，同時(shí)不斷的振蕩裝置，使底泥平鋪至距裝置底部3 cm；然后用虹吸法向裝置內(nèi)加入去離子水，放置3 d，待水體達(dá)到穩(wěn)定后，測定上覆水和底泥各指標(biāo)的初始值后，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。

1.2.1 溫度對底泥氨氮釋放的影響

用生化恒溫培養(yǎng)箱分別將水體溫度調(diào)節(jié)至5 ℃,10 ℃,15 ℃,20 ℃,25 ℃,30 ℃,35 ℃六個(gè)梯度，靜置、自然復(fù)氧狀態(tài)下，分別反應(yīng)1 d后，測定各指標(biāo)并記錄。

1.2.2 溶解氧對底泥氨氮釋放的影響

為了確保厭氧實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，在裝置水面以上始終通入氮?dú)猓o置1 d；模擬好氧實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)曝氣裝置使水體溶解氧逐級增肌，其余實(shí)驗(yàn)步驟同上。

1.2.3 擾動對底泥氨氮釋放的影響

調(diào)節(jié)攪拌槳至其下沿距離泥面3 cm處，然后將攪拌槳轉(zhuǎn)速分別調(diào)節(jié)為0 rad/min,50 rad/min,100 rad/min,150 rad/min,200 rad/min,250 rad/min,300 rad/min；靜置、自然復(fù)氧狀態(tài)下，分別反應(yīng)1 d，其余實(shí)驗(yàn)步驟同上。

1.3 分析方法

指標(biāo)檢測方法見表1。

表1 指標(biāo)檢測方法

2 氨氮釋放影響因素及規(guī)律分析

2.1 溫度

本次實(shí)驗(yàn)分別對5 ℃～35 ℃下試驗(yàn)后上覆水中的氨氮濃度進(jìn)行了測定，同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)前裝置穩(wěn)定運(yùn)行后測定的初始值計(jì)算后得出底泥中污染物向上覆水的擴(kuò)散量。

由圖2可以看出，氨氮在底泥—上覆水體之間的釋放量和擴(kuò)散速率與溫度呈正相關(guān)，尤其是在溫度高于22 ℃以后，氨氮的擴(kuò)散量上升速度明顯增大，這是因?yàn)檩^低溫度時(shí)，生物活性低，底泥和水污染物交換主要基于兩相間的濃度梯度。因此，5 ℃時(shí)，氨氮從底泥向上覆水?dāng)U散的趨勢。當(dāng)溫度逐漸升高時(shí)，底泥中微生物的活性增強(qiáng)，氨化作用加強(qiáng)，使有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)的氨氮而釋放。同時(shí)，溫度升高使水中的溶解氧降低，促進(jìn)了反硝化作用的進(jìn)行。

2.2 溶解氧

由圖3看出：隨著水體中溶解氧的增加，其中氨氮濃度逐漸降低；這是因?yàn)樵诤醚鯒l件下，底泥中的脲酶和蛋白酶活性較低；而在厭氧條件下，增強(qiáng)了兩種酶的活性，從而使含氮有機(jī)物在酶促作用下，分解生成特定的氨氮。

2.3 水體擾動強(qiáng)度

由圖4可以看出，擾動明顯增大底泥中氨氮向上覆水體擴(kuò)散系數(shù)，表現(xiàn)為明顯促進(jìn)了氨氮的釋放。擴(kuò)散作用導(dǎo)致氨氮從高濃度方向向低濃度方向遷移，因此擾動會加速這種擴(kuò)散作用，使底質(zhì)中的間隙水?dāng)U散到上覆水中。此外，在一定風(fēng)力條件引起的底泥的擾動，使底泥處于再懸浮狀態(tài)，這種再懸浮狀態(tài)會強(qiáng)烈地影響氨氮在底泥—上覆水界面間的再分配，部分營養(yǎng)元素可從沉積物中向上覆水釋放，使水體營養(yǎng)負(fù)荷增加。同時(shí)，擾動增加了底泥顆粒的反應(yīng)界面，從而促進(jìn)沉積物中氨氮的釋放，并加速了沉積物間隙水中氮的擴(kuò)散。

3 結(jié)語

本文采集桂畔海河斷面新鮮底泥和河水開展室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究該水源底泥中氨氮的釋放規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從5 ℃到35 ℃過程中，底泥中氨氮的釋放量增加了1.25 mg/L，在不斷向水體充氧時(shí)，水體中氨氮迅速降低；當(dāng)水體溶解氧達(dá)3.14 mg/L時(shí)，水體中氨氮濃度降低速度逐漸變緩；同時(shí)，擾動大大促進(jìn)了底泥中氨氮的釋放，350 rad/min時(shí)，水體兩者濃度分別比靜置時(shí)增加了16.34 mg/L。

[1] 劉亞麗，張 智，段秀舉.湖泊底泥釋氮預(yù)測模型及釋氮控制研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,25(6):1603-1606.

[2] 賀寶根，周乃晟，袁宣民.底泥對河流的二次污染淺析[J].環(huán)境污染與防治,1999(3):41-43.

[3] Xie L Q, Xie P, Tang H J. Enhancement of dissolved phosphorus release from sediment to lake water by Microcystis blooms-an enclosure experiment in a hyper-eutrophic, subtropical Chinese lake[J]. Environ Pollut,2003,122(3):391-399.

[4] 鄭淑君，郭加宏，王道增.底泥—上覆水界面污染物釋放機(jī)制的數(shù)值模擬[J].上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(6):591-597.

[5] 文 威，孫學(xué)明，孫淑娟，等.海河底泥氮磷營養(yǎng)物靜態(tài)釋放模擬研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008(1):295-300.

[6] Toropov A A, Toropova A P, Cappelli C I, et al. CORAL: Model for octanol/water partition coefficient[J]. Fluid Phase Equilibria，2015(397):44-49.

Distribution and release of ammonia nitrogen in the sediments of the Gui pan-hai river

Dong Zhihu

(TianjinMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstitute,Tianjin300000,China)

According to the characteristics of large seasonal changes of ammonia nitrogen in Foshan section of Gui pan-hai river. Based on the analysis of the sediment composition, discuss the distribution characteristics of ammonia nitrogen in the sediment and its release to the influence of water quality, temperature, dissolved oxygen, and turbulence intensity are investigated respectively the influence of ammonia nitrogen in water. The results show that the test temperature range, with the increase of temperature, ammonia nitrogen release quantity from 0.91 mg/L to 2.16 mg/L, dissolved oxygen from low dissolved oxygen increased state to state, high dissolved oxygen in water ammonia nitrogen concentration of 1.03 mg/L. At the same time, the disturbance is greatly promote the release of ammonia nitrogen in the sediment.

Gui pan-hai river, ammonia nitrogen, sediment, water quality

1009-6825(2017)21-0176-02

2017-05-11

董志虎(1989- )，男，助理工程師

TU991.21

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