不同溫度條件下媯水河底泥氮磷釋放規律研究

林 海，蔡怡清，李 冰

（北京科技大學能源與環境工程學院，北京 100083）

底泥是河流生態系統的重要組成部分，是水體環境營養物循環的中心環節，時刻與上層水體進行著能量和物質的交換，對水體中的污染物具有富集作用。因此，河流底泥不僅可以間接地反映水體的污染情況，還在外界環境因素條件下向上腹水體釋放營養物質，引起河流水體富營養化加劇[1]。對此，國內外已有大量深入研究，A Amirbahman等[2]以美國緬因州11個富營養化湖泊為對象研究底泥總磷釋放機制，而對我國杭州西湖[3]、大理洱海[4]等研究均發現底泥氮污染物對水體富營養化有較大影響。基于此，以現場采集水樣和底泥樣品為材料，通過室內模擬試驗，研究不同溫度條件下媯水河底泥氮磷污染物的釋放規律，為媯水河水環境保護、水質管理及清淤工程提供指導意見。

1 材料與方法

1.1 材料

于2018年7月利用柱狀采泥器采集媯水河表層底泥樣品，去除碎石和雜物后裝入自封袋中，避光條件下運回實驗室，自然風干，風干樣品過100目篩后待用，并取對應采樣點底泥上覆水25L。

圖1 不同溫度條件下總氮釋放曲線

圖2 不同溫度條件下總磷釋放曲線

1.2 試驗方法

分別加入30g底泥樣品平鋪至直徑為12cm的1L圓柱形自制燒杯內，加入1L水樣后放入陰暗處。先穩定1d后，第2～20d，每兩天取一次樣，每次從取樣口取樣測定其TN（10mL）、TP（25mL），每次取樣共35mL，每次取樣后均向燒杯內補充35mL備用水樣，采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法和過硫酸鉀氧化鉬酸銨分光光度法，分別測定水樣TN、TP濃度。

媯水河水體溫度隨季節變化，一般在8℃～32℃，在避光條件下將模擬裝置放入到恒溫培養箱中，設置溫度分別為15℃、20℃、25℃、30℃。

1.3 數據分析

底泥氮磷釋放量及釋放強度采用下式進行計算：

其中，V：底泥上層水的體積，取1L；Cn：第n次采樣時底泥總氮（總磷）濃度；C0：底泥上層水樣初始總氮（總磷）濃度；Vi：每次采水體的體積，取35mL；Ci-1：第i-1次采水樣時底泥總氮（總磷）濃度；Ca：添加水體總氮（總磷）濃度；：釋放強度（mg/m2）；A：與上層水樣接觸的底泥面積。

2 結果與討論

圖1為不同溫度條件下總氮釋放曲線，從圖1中可以看出，溫度對總氮的釋放強度有明顯的影響。溫度越高，總氮釋放強度越大。榮偉英等研究溫度對大沽排污河底泥總氮影響試驗中，在反應13d后，溫度為5℃、15℃、25℃的實驗組總氮濃度分別為20mg/L、26mg/L和27mg/L，與本試驗趨勢一致。溫度升高能促進底泥氮釋放的原因主要為：溫度升高溶解氧下降，底泥-上腹水界面逐漸形成厭氧環境，氧化狀態轉化為還原狀態，從而促進了微生物的反硝化作用，進而氨氮從底泥中得以釋放；溫度升高，微生物的有機質礦化作用加強，將底泥中有機氮化合物轉化為無機氮化合物，使氮的釋放量增大。由圖2可知，溫度對磷的效果與氮一樣，溫度越高，總磷釋放強度越大，前4d釋放強度增加較快，耗氧速率加快。溫度升高底泥中有機質分解和礦化速度加快，降低氧化還原電位，有利于Fe3+還原為Fe2+，并可從正磷酸鐵和氫氧化鐵的膠體中釋放出磷，有機質礦化產生大量CO2，使得含鈣結合態磷溶解而被釋放。

3 結論

通過影響微生物活性、離子交換吸附、化學平衡等機制，媯水河底泥氮磷釋放表現出不同的規律。高溫條件促使底泥釋放氮磷，因此加強夏季高溫條件下媯水河水質管理與監測，對于修復受污染水體、改善水體富營養狀況具有重要的意義。