文思湖底泥COD釋放規(guī)律模擬研究

羅玉紅，蘇青青，高婷，趙小蓉

（三峽大學 水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌443002）

文思湖底泥COD釋放規(guī)律模擬研究

羅玉紅，蘇青青，高婷，趙小蓉

（三峽大學 水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌443002）

采用室內模擬實驗方法，研究環(huán)境因子（溫度、pH、擾動強度、供氣量)對底泥釋放COD的影響。結果表明，水溫升高能加速底泥中有機質的釋放；上覆水在弱酸至中性條件下底泥釋放有機質最低；擾動上覆水體會加快有機質的釋放。

文思湖；COD釋放規(guī)律；溫度；擾動；pH值

蓮心湖、文思湖和連接兩湖的求索溪，是三峽大學校園內的景觀水體。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，校園內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運行后，原直接進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。前期的研究結果表明，這段景觀水體已經(jīng)受到嚴重污染，富營養(yǎng)化嚴重（水質監(jiān)測結果見表1），不能滿足景觀水體的水質要求[1～2]，亟需合適的方法來恢復水體功能。

文思湖地理位置較其上段蓮心湖、求索溪更為復雜:一部分岸邊為三峽大學校區(qū)，另一部分則為校外周邊居民區(qū)。目前，水體外源污染得到控制，主要污染源為水體底泥。本研究采集水體底泥，人工模擬底泥釋放過程，預測研究對象在上覆水中可能的釋放量、釋放速率，為校園生態(tài)水體的構建提供基礎數(shù)據(jù)。為找出沙河水體底泥的釋放規(guī)律，采集了該水體底泥，人工進行模擬靜水和動水狀態(tài)下底泥中污染物釋放過程，預測底泥中N、P和COD在上覆水中可能的釋放量、釋放速率，探索營養(yǎng)物釋放速率規(guī)律，為提供合適的底泥生態(tài)修復措施提供依據(jù)。

表1 三峽大學地表水水質

1 材料和方法

1.1 樣品采集和準備

底泥樣品采集與處理:用ETC-2型底泥采樣器，多次多點采集文思湖、求索溪底泥作為實驗用底泥樣品。采集的底泥呈黑色流塑狀，腥臭味濃，含水豐富。用于各點底泥成分分析的樣品用塑料袋封裝、標識，運回實驗室；用于釋放實驗的底泥用PVC桶盛裝，運回實驗室，混勻，待稍干后用，并取混勻樣做成分分析。各成分分析用泥樣經(jīng)風干、磨細、過篩后保存、檢測。主要檢測項目及方法為:TN（半微量凱氏法）[3]、TP（酸溶光度法）、總有機質（重鉻酸鉀氧化稀釋法）[4]、pH值（土壤水浸提液pH法） 和含水率（重量法）。其結果如表2所示。

表2 底泥成分分析結果

1.2 實驗方法

實驗擬研究上覆水pH值、水溫、DO、擾動等因素對底泥中N、P、有機質等污染物釋放的影響規(guī)律。

考慮到水中物質濃度下降與微生物的大量生長繁殖之間關系復雜，故實驗觀測重點為營養(yǎng)物濃度上升段，當前后兩天水樣濃度差別小于5%時即視為釋放基本達到平衡，加大水樣取樣時間間隔。

1.2.1 靜水實驗

靜水實驗采用文思湖混合泥樣。實驗前后分別取泥樣檢測。釋放實驗中，設置空白和平行樣，每天于水面下10 cm處取水樣分析。

溫度因素實驗中，水土比 （f） 為43，水溫水平設置為5℃、10℃、16℃、22℃和27℃，pH值保持7，在實驗過程中監(jiān)測。

pH值因素實驗中，水土比（f） 為43，平均水溫為10.9℃，上覆水初始pH值分別為4，6，7， 8， 10。

1.2.2 動水實驗

動水實驗采用文思湖上游段混合泥樣，水土質量比為107∶1。實驗設置空白和平行樣，平均水溫為10.9℃，pH值保持7。

擾動因素實驗中，每天在泥面上5 cm處對上覆水進行擾動，擾動強度（GT值） 分別為64，320，640和1 280，停止擾動20min后在水面下5 cm處取水樣進行分析。

DO因素實驗中，每天上午在水面下5 cm處取水樣進行分析，下午在上覆水中充氧（空氣），供氣量分別為9 L/d、23 L/d和46 L/d。

1.2.3 實驗檢測項目

水樣分析采用標準方法[5]，檢測項目有水溫、pH值、電導率、DO、濁度、CODMn、TN、NH3-N、TP等。

2 結果與討論

分別在靜水條件和動水條件下加以各種不同作用控制下的底泥中有機質釋放結果如圖1～4所示。

2.1 溫度對COD釋放的影響

根據(jù)圖1，除了低溫5℃和10℃以外，水溫稍高時幾條釋放曲線的最大值接近，前幾天明顯釋放較快，隨后下降，隨著時間推移，有機質濃度達到某一值后趨于平衡。溫度對礦物質吸附有機質和微生物生長均有不同程度的影響，低溫有利于底泥中礦物質和有機質之間作用力的形成，使底泥中的有機質處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖1 不同水溫的上覆水CODMn值

2.2 pH值對COD釋放的影響

pH值主要是通過影響礦物質和有機質之間的作用力來影響COD的釋放[6]。同時，pH值也是微生物生長的重要影響因子，可以通過影響微生物生長情況來影響COD的釋放，但影響較小。pH值對COD釋放的影響如圖2所示。為避免擾動，pH值條件因素實驗中，底泥釋放期間沒有調節(jié)上覆水的pH值以使其保持固定水平，由于底泥的作用，上覆水pH值逐步趨于一致。圖2表明，偏酸性和偏堿性的水樣，更有利于CODMn的釋放，釋放量最低值出現(xiàn)在pH值為6的水樣中。10天后上覆水的pH值逐步趨于一致，其CODMn的變化規(guī)律也趨同。

圖2 不同pH值的上覆水CODMn值

2.3 擾動對COD釋放的影響

如圖3所示，擾動使底泥向上覆水中釋放的有機質量增加；隨著擾動強度的增大，上覆水中有機質濃度增大，在釋放初期濃度差距明顯；隨后，擾動強度64，320，640系列的有機質濃度趨于一致。擾動使底泥營養(yǎng)物更充分地向上覆水中釋放，特別是當擾動強度達到某一強度（類似于泥沙起動流速）時，由于參與釋放的下層底泥增加，上覆水中有機質濃度會大幅度增加。

圖3 不同擾動強度的上覆水CODMn值

2.4 DO對COD釋放的影響

水體中溶解氧水平對底泥COD的釋放有著重要的影響，溶解氧主要是通過影響微生物活性來影響COD的釋放。前人研究表明，在正常條件下，COD釋放量介于好氧狀態(tài)和厭氧狀態(tài)（釋放量最大） 之間。

充氧對上覆水中有機質的影響如圖4所示。充氣9 L/d的上覆水的有機質濃度稍低，可能充氣量大對于底泥有相對較強的擾動。圖中顯示充氣量為23 L/d、46 L/d的有機質釋放量較大，釋放曲線相互交錯，可能是充氧造成的擾動干擾了充氧效果的反映。

圖4 不同供氣量的上覆水CODMn值

3 結論

本組靜水與動水實驗結果表明: （1） 水溫升高能加速底泥中有機質的釋放。在沒有對污染水體進行充氧的條件下，溫度升高會加重水體污染，這也可以說明大部分受到污染的水體夏季污染程度比冬季嚴重。 （2） 上覆水在弱酸至中性條件下，底泥釋放有機質最低（實驗結果釋放有機質的最低值出現(xiàn)在pH值為6時)；弱堿性（pH=8）條件下，有機質倍增。酸性條件下底泥的釋放介于兩者之間。酸性或堿性都會加重水體污染，在對水體污染進行治理時應盡可能控制水體pH值在6～9，一方面有利于抑制底質中污染物的釋放，另一方面有利于微生物的生長，加快污染物的降解。（3） 擾動上覆水體會加快有機質的釋放，因此挖掘湖泥、疏通水道如控制不當，會促進底泥污染物的釋放，加重水體的富營養(yǎng)化。

實驗證明，湖泊底泥中COD的釋放是水體富營養(yǎng)化不可忽視的重要因素。實驗中得到的底泥COD釋放量及釋放規(guī)律，有利于確定水體中因底泥釋放引起的背景濃度變化。

[1]國家環(huán)境保護總局，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB3838-2002地表水環(huán)境質量標準[S].北京:中國環(huán)境科學出版社，2002.

[2]劉載芳，劉和平，揚廷捷.GB12491-91景觀娛樂用水水質標準[S].北京:中國標準出版社，1991.

[3]GB7173-87土壤全氮測定法（半微量開氏法)[S].北京:中國標準出版社，1987.

[4]李鴻恩，程巖，劉惠榮，等.GB8834-1988土壤有機質的測定法[S].北京:中國標準出版社，1988.

[5]國家環(huán)境保護總局《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)境科學出版社，2002.

[6]朱健，李捍東，王平.環(huán)境因子對底泥釋放COD、TN和TP的影響研究[J].水處理技術，2009，35（ 8):44-49.

Simulation on the Release of COD from Wensi Lake Sediment into Water

Luo Yuhong,Su Qingqing,Gao Ting,Zhao Xiaorong
（College of Hydraulic＆Environmental Engineering,China Three Gorges University，Yichang Hubei 443002,China）

The release of Chemical Oxygen Demand from lake sediment into up-covered static and dynamic water was studied though simulative experiments in laboratory.The research included the law of some effective factors such as temperature，pH，disturbance and DO to COD release.The results showed that:The higher the temperature was,the larger the COD released.The condition of neutral pH made the COD release amount decrease.The disturbance would contribute to COD release.

Wensi Lake;release law of Chemical Oxygen Demand;temperature;disturbance;pH

X143

A

1008-813X（2012）02-0045-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.02.012

2012-01-14

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