上覆水營養(yǎng)鹽濃度對底泥氮磷釋放的影響

羅玉紅，高 婷，蘇青青，趙小蓉

（三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

Luo Yuhong， Gao Ting， Su Qingqing，Zhao Xiaorong

（College of Hydraulic ＆ Environmental Engineering,China Three Gorges University，Yichang Hubei443002,China）

上覆水營養(yǎng)鹽濃度對底泥氮磷釋放的影響

羅玉紅，高 婷，蘇青青，趙小蓉

（三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

采用校園水體底泥進(jìn)行上覆水營養(yǎng)鹽濃度對底泥釋放量之間的關(guān)系研究。結(jié)果表明，在本實驗條件下，上覆水水質(zhì)影響底泥氮、磷的釋放，尤其顯著影響氮、磷的初期釋放；上覆水氮、磷的濃度越小，底泥氮、磷的釋放量越大；上覆水氮、磷的濃度超過一定值，會抑制底泥氮、磷的釋放。

釋放量；上覆水；營養(yǎng)鹽濃度；相關(guān)性

Luo Yuhong， Gao Ting， Su Qingqing，Zhao Xiaorong

（College of Hydraulic ＆ Environmental Engineering,China Three Gorges University，Yichang Hubei443002,China）

蓮心湖、文思湖和連接兩湖的求索溪，是三峽大學(xué)校園內(nèi)的景觀水體。該水體原屬沙河水系，與長江的支流黃柏河相通。隨著城市發(fā)展和校園建設(shè)，校園內(nèi)的水體逐步成為相對獨立、封閉的緩流水體。沙河污水處理廠建設(shè)運行后，原直接進(jìn)入水體的生活污水絕大部分被截流至污水處理廠，僅有少數(shù)生活污水受條件限制，沒有納入污水管道，零星匯入水體。前期的研究結(jié)果表明這段景觀水體已經(jīng)受到嚴(yán)重污染，富營養(yǎng)化嚴(yán)重[1]，亟需合適的方法來恢復(fù)水體功能。

文思湖地理位置較其上段蓮心湖、求索溪更為復(fù)雜:一部分岸邊為三峽大學(xué)校區(qū)，另一部分則為校外周邊居民區(qū)。校內(nèi)部分的外源污染經(jīng)過治理將逐步消失，而校外部分的控制則顯得更加復(fù)雜。因此項目研究將重點放在內(nèi)源污染控制上[2～3]。

為找出沙河水體底泥的釋放規(guī)律，采集了該水體底泥，對沙河水體內(nèi)源污染物的釋放規(guī)律做了一系列研究，同時為沙河水內(nèi)源污染物的控制提供相應(yīng)的理論依據(jù)。本研究人工進(jìn)行模擬靜水和動水狀態(tài)下底泥中污染物釋放過程，重點討論了上覆水營養(yǎng)鹽濃度對底泥氮磷釋放量之間的關(guān)系，以期為提供合適的底泥生態(tài)修復(fù)措施提供依據(jù)。

1 實驗

1.1 樣品采集與準(zhǔn)備

底泥樣品取自文思湖底泥，采用QNC6型系列采泥器對表層泥土采樣。底泥采樣器使用前用洗滌劑除去防銹油脂；采樣時將采樣器先放在采樣點位置的水里沖刷3～5min，然后采樣；泥樣取出后，清除其中雜草及固體廢棄物，保證泥質(zhì)均勻；置于室內(nèi)，自然風(fēng)干一段時間，直到泥土干裂不粘和在一起；取少量測量其含水率。

1.2 實驗設(shè)置

按照水土（去除含水率后） 比50∶1的關(guān)系稱取泥樣（160 g） 置于桶內(nèi)，加配比營養(yǎng)鹽的水（8 kg）即可開始釋放實驗。加水時要用細(xì)橡皮管從底部緩慢加入，盡量避免由于水流沖刷作用使底泥揚起。同時每種泥樣取出少量用作泥質(zhì)監(jiān)測。底泥及上覆水配比好后，以后每天上午測上覆水中TP、TN、DO、pH、電導(dǎo)率的值[4]，直到釋放達(dá)到平衡停止實驗。

為了弄清上覆水水體對底泥釋放污染物的影響，配制了分別添加N和P的上覆水，進(jìn)行底泥釋放實驗，實驗設(shè)置見表1。

2 結(jié)果和討論

2.1 上覆水TP濃度對底泥磷釋放的影響

圖1 上覆水TP濃度對底泥TP釋放的影響

圖1為加了底泥的上覆水的TP濃度變化曲線。由于上覆水中加入的磷儲備液各不相同，所以曲線的起點不同。在實驗開始階段，TP1、TP2、TP3、TP4的濃度都在上升，而TP5的濃度卻在下降。這是因為前面4個樣的上覆水中加入的磷儲備液濃度較低，對底泥的釋放影響不大，而樣TP5卻由于上覆水中的TP濃度本身就高，抑制了底泥中TP的釋放。由曲線可以看出，上覆水中一定濃度的TP不僅抑制了底泥中TP的釋放，并且TP還在被底泥所吸附。隨著時間推移，前2個樣的TP濃度逐漸增大至一定值，而樣TP5逐漸減小到一定值，都慢慢趨于平穩(wěn)。到實驗結(jié)束時，各條曲線靠得很近，TP1到TP5由下到上排列，這主要是由上覆水中TP濃度決定的。因為底泥中的TP濃度是一定的，而上覆水中的TP濃度不一樣，水與底泥兩相界面中TP濃度差不同，在上覆水與底泥的釋放與吸附動態(tài)過程中，TP濃度慢慢在兩者之間達(dá)到平衡，樣TP5中上覆水的TP濃度最大，當(dāng)TP濃度平衡時，其濃度也最大；相應(yīng)地TP1的濃度最小。

表1 實驗設(shè)置

圖2 空白樣的TP變化曲線

圖2為沒加底泥的上覆水的TP濃度變化曲線?？梢钥闯銎淦鹗键c濃度和配藥時上覆水的濃度相差不大；并且由于沒有底泥對上覆水的影響，其TP濃度變化一直很平穩(wěn)，基本處于不變的狀態(tài)，一直到實驗結(jié)束，其濃度都無太大變化。

2.2 上覆水TN濃度對底泥氮釋放的影響

圖3 上覆水TN濃度對底泥TN釋放的影響

由圖3可以看出，實驗開始時，上覆水中的TN濃度慢慢增大，直到達(dá)到一個最大值。達(dá)到最大值后，濃度有減小的趨勢，然后其濃度在小范圍內(nèi)擺動，到最后趨于平穩(wěn)，所有試樣的濃度到最后相差不大。這是由于底泥中的TN不停地向水中釋放，使水中的TN濃度逐漸達(dá)到飽和。上覆水中的TN濃度達(dá)到飽和之后，會逐漸向底泥中反釋放，同時底泥中的TN也在向水中釋放，兩者不停交換，直至達(dá)到動態(tài)平衡。

2.3 底泥釋放周期比較

為了弄清底泥釋放之后再次釋放N、P污染物的情況，在底泥完成一次釋放過程達(dá)到平衡之后再次進(jìn)行第二次釋放周期實驗，結(jié)果如下:

圖4 TP的兩次釋放周期比較

圖5 TN的兩次釋放周期比較

圖4為TP1第一次釋放與倒掉上覆水換成自來水后第二次釋放曲線比較。從圖4可以看出，倒掉上覆水后TP1明顯地表現(xiàn)出再釋放，其周期曲線的大致走勢基本不變，但是相同天數(shù)的釋放量明顯小于前一個周期，峰值也小于前一個周期的峰值，峰值出現(xiàn)的時間較第一次晚2天。原因是底泥中的磷經(jīng)過初期釋放，含量減少，換水后底泥與水體間的濃度差變小，釋放動力變?nèi)鮗5]。

由圖5可知，即使釋放的時間繼續(xù)延長，未倒掉上覆水的樣品TP1、J2中的氮釋放依然保持穩(wěn)定，倒掉上覆水重新?lián)Q成自來水的水樣TP1*、J2*則出現(xiàn)明顯再釋放。釋放峰值遠(yuǎn)小于前一周期。

2.4 底泥分析

實驗測定了釋放前后底泥的TN、TP，并計算釋放率，結(jié)果見表2。

表2 底泥釋放前后濃度變化

由上表2可以看出，TP2的總磷釋放率為31.4%，TP3的總磷釋放率為21.9%，TP4的總磷釋放率為16.1%，TP5的總磷釋放率為12.4%；TP2的總氮釋放率為25.4%，TP3的總氮釋放率為23.2%，TP4的總氮釋放率為26.6%，TP5的總氮釋放率為24.6%；TP2、TP3、TP4、TP5上覆水總磷濃度依次升高，它們的釋放率則依次降低。由此可以得出這樣的結(jié)論:底泥與上覆水間磷的濃度差越大，底泥中總磷的釋放率越大；上覆水中總磷濃度過大會抑制底泥向上覆水中釋放磷。而上覆水磷濃度的不同不會影響底泥中總氮的釋放率，這與釋放實驗中上覆水中氮濃度變化是相符的。

3 結(jié)論

通過以上實驗，可以得出以下結(jié)論:

（1）底泥中TP的釋放與否取決于上覆水與底泥間總磷的濃度差。

（2）底泥中P在釋放的過程中存在一個臨界濃度，底泥向水體的釋磷過程并不是無條件進(jìn)行的，而是受到上覆水中磷濃度的限制。當(dāng)上覆水P濃度大于臨界濃度時，水體中的P會向底泥中沉積；當(dāng)上覆水P濃度低于臨界濃度時，底泥中的P會釋放到水體中，表現(xiàn)為釋磷過程。

（3）上覆水中氮的濃度不同，不會影響底泥中磷的釋放；上覆水中磷濃度的不同，不會影響底泥中氮的釋放。

（4）底泥中氮磷的初始濃度會影響峰值的大小與峰值出現(xiàn)的時間，初始濃度越大，峰值越大，峰值出現(xiàn)的時間較早。

[1]羅玉紅，潘圣.三峽大學(xué)文思湖水污染評價[J].安全與環(huán)境工程，2009，16（6）:45-47，51.

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[4]國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.12.

[5]張麗萍，袁文權(quán)，張錫輝.底泥污染物放動力學(xué)研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4（2）:22-26.

[6]秦伯強(qiáng).長江中下游淺水湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制與控制途徑初探[J].湖泊科學(xué)，2002，14（3）:193-202.

The Influence of Nutrient Salt Concentration in Overlying Water on Nitrogen and Phosphorus Release of Sediment

This paper carried out the experiment on the relationship of nutrient salt concentration in overlying water and nitrogen and phosphorus release of sediment by using campus sediment.The experimental results show that nitrogen and phosphorus release,especially the initial release rate,is obviously affected by the quality of overlying water,the lower concentration of nitrogen and phosphorus of overlying water,the higher release amount of TN and TP of sediment,when the concentration of nitrogen and phosphorus of overlying water is higher than a certain value,nitrogen and phosphorus releasing would be restrained.

release amount； overlying water； nutrient salt concentration； correlation

X52

A

1008-813X（2011）06-0071-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2011.06.019

2011-09-02

羅玉紅（1976-），女，湖北人，畢業(yè)于武漢大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士，講師，主要從事水污染控制、環(huán)境影響評價的教學(xué)與研究工作。