微表層油膜漂浮物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體水質(zhì)指標(biāo)的影響

包蓉 劉本洪

摘要：以油膜為富營(yíng)養(yǎng)水體微表層漂浮物的代表，通過(guò)反應(yīng)器模擬富營(yíng)養(yǎng)水體微表層油膜先覆蓋后去除的過(guò)程，分析了水體溶解氧、pH、電導(dǎo)率以及氮磷等的變化，探討了微表層油膜漂浮物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體水質(zhì)的影響。結(jié)果表明：相較于對(duì)照組水體微表層油膜一直覆蓋的狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)組水體微表層油膜的覆蓋—去除過(guò)程對(duì)水體溶解氧的影響最大，會(huì)使溶解氧先下降后上升，對(duì)水體總氮（TN）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）的實(shí)際去除率較高，分別達(dá)到32.8%、16.3%，這說(shuō)明微表層油膜漂浮物的覆蓋-去除過(guò)程可有效改善富營(yíng)養(yǎng)水體水質(zhì)，是未來(lái)一種值得嘗試的方法。

關(guān)鍵詞：富營(yíng)養(yǎng)水體；微表層；漂浮物；油膜；溶解氧

中圖分類(lèi)號(hào)：X52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2016）08004303

1 研究背景

微表層這個(gè)概念來(lái)自海洋，是指處于氣—液界面之間的薄層，由于其所處的獨(dú)特位置，因而具有特殊的物理、化學(xué)和生物特性，可視為一個(gè)特殊的微生態(tài)系統(tǒng)[1]。研究表明：海洋和河口的微表層對(duì)重金屬、營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)物等有一定的富集作用[2～5]，對(duì)污水治理有著極為重要的作用。目前，對(duì)于水面微表層研究較多的是海洋和河口，很少有研究?jī)?nèi)陸河流微表層對(duì)水體的影響，亦未見(jiàn)研究微表層中的漂浮物對(duì)內(nèi)陸富營(yíng)養(yǎng)水體的影響。以水面油膜為漂浮物代表，研究富營(yíng)養(yǎng)水體微表層漂浮物對(duì)水體水質(zhì)的影響，通過(guò)微表層漂浮物的覆蓋—去除，以及對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體溶解氧、pH值、氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)物的測(cè)定，衡量表面漂浮物（油膜）的去除對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體的影響，為處理富營(yíng)養(yǎng)水體提供數(shù)據(jù)支撐。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)水樣

實(shí)驗(yàn)水樣取自四川省成都市府河、南河匯合后的下游，四川大學(xué)望江校區(qū)東大門(mén)正對(duì)的錦江河段。實(shí)驗(yàn)水體的基本性質(zhì)見(jiàn)表1。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)器的形狀類(lèi)似矩形，尺寸為300 mm×100 mm×400 mm，在反應(yīng)器長(zhǎng)邊的三等分點(diǎn)處分別設(shè)置兩個(gè)隔板，使反應(yīng)器下部相通上部隔開(kāi)，隔板長(zhǎng)350 mm。反應(yīng)器的材料為無(wú)色透明的有機(jī)玻璃（即聚甲基丙烯酸甲酯，英文縮寫(xiě)為PMMA），有機(jī)玻璃間的粘合劑為氯仿（即三氯甲烷）。圖1為反應(yīng)器的示意圖。實(shí)驗(yàn)中采用植物油模擬水體表面油膜。實(shí)驗(yàn)中所用增溫棒為JEBO佳寶魚(yú)缸加熱棒，型號(hào)為2010防爆，電壓為220/240 V，頻率為50 Hz/60 Hz，長(zhǎng)度210 mm，功率50 W。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

向反應(yīng)器中加入10.5 L的實(shí)驗(yàn)水樣，每個(gè)隔間水量為3.5 L，加熱棒放置在中間隔間的下部，設(shè)置溫度為32 ℃。

（1）富營(yíng)養(yǎng)水體微表層油膜覆蓋期，向?qū)嶒?yàn)組（EG）和對(duì)照組（CK）中各加入25.0 mL的植物油。每天定時(shí)測(cè)定水體中心位置水面以下8 cm處水樣的溶解氧、pH值、電導(dǎo)率。連續(xù)觀測(cè)7 d后，用移液管取水體中心位置水面以下8 cm處水樣350 mL至燒杯用于水質(zhì)指標(biāo)的分析，檢測(cè)項(xiàng)目和方法見(jiàn)表2。

（2）富營(yíng)養(yǎng)水體微表層油膜去除期，將已經(jīng)被油膜覆蓋7 d后的實(shí)驗(yàn)組（EG）用傾倒法去除其表面的油膜；對(duì)照組不作任何處理，表面仍被油膜覆蓋。每天定時(shí)測(cè)定水體中心位置水面以下8 cm處水樣的溶解氧、pH值、電導(dǎo)率。連續(xù)觀測(cè)7 d后，用移液管在水體中心位置水面以下8 cm處移取水樣350 mL至燒杯用于水質(zhì)指標(biāo)的分析，檢測(cè)項(xiàng)目和方法見(jiàn)表2。

2.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用spss進(jìn)行分析。

3結(jié)果與分析

3.1 溶解氧的變化及分析

由圖2可以看出：實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的溶解氧變化趨勢(shì)相似，均為先下降后上升。但用spss分別分析實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組油膜覆蓋期以及油膜去除期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在油膜覆蓋期，因Sig.（雙側(cè)）大于0.05，故對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的溶解氧無(wú)顯著差異；在油膜去除期，因Sig.（雙側(cè)）小于0.05，故對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的溶解氧有顯著差異，說(shuō)明富營(yíng)養(yǎng)水體油膜去除對(duì)水體的溶解氧有顯著影響，具體見(jiàn)表3。

在油膜覆蓋期，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的溶解氧都迅速下降，從6.01 mg/L降到接近0.00 mg/L。在油膜去除期，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的溶解氧都有所上升，實(shí)驗(yàn)組的上升幅度明顯大于對(duì)照組。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)組在去除表面油膜后，空氣中的氧氣可經(jīng)由微表層進(jìn)入到水體中，水體的溶解氧升高。最后對(duì)照組溶解氧穩(wěn)定在0.30 mg/L左右，實(shí)驗(yàn)組穩(wěn)定在1.50 mg/L左右，實(shí)驗(yàn)組溶解氧含量明顯高于對(duì)照組，主要是因?yàn)椋瑢?shí)驗(yàn)組去除表面的油膜后，水體微表層又會(huì)形成一層新的膜，在一定程度上阻礙大氣富氧，影響水中溶解氧的進(jìn)一步上升。因此，想要達(dá)到更好的處理效果，需要對(duì)水體微表層進(jìn)行持續(xù)處理，使微表層處于“運(yùn)動(dòng)”狀態(tài)，比如：在水面設(shè)置推流裝置等，水體水質(zhì)會(huì)得到更好的改善。

3.2 電導(dǎo)率、pH值的變化及分析

由圖3、圖4可以看出：在油膜覆蓋—去除過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的pH值基本沒(méi)有變化；電導(dǎo)率先小幅下降后上升，因?yàn)樵谟湍じ采w期，水體擾動(dòng)較小，水中顆粒物質(zhì)沉淀，使得電導(dǎo)率下降，去除油膜后，水體與外界進(jìn)行物質(zhì)交換，水體擾動(dòng)增加，沉積的顆粒物重新漂浮在水中，使得電導(dǎo)率上升。

3.3 氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)物的變化與分析

由表4可以看出：相比于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組中的總氮（TN）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）分別減少了32.8%、 16.3%；總磷（TP）含量基本不變。

實(shí)驗(yàn)水體中總氮的初始濃度為3.48 mg/L，在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中為Ⅴ類(lèi)水。氮的去除主要是靠微生物的硝化與反硝化作用。相比于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組中油膜的覆蓋與去除為微生物提供了良好的硝化與反硝化環(huán)境。在油膜覆蓋期，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組水體的微表層均被油膜覆蓋，水中溶解氧下降至接近0.00 mg/L，微生物進(jìn)行厭氧反硝化反應(yīng)，將水體中的氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴亩ニ械牡?，?shí)驗(yàn)組中總氮由3.48 mg/L下降到2.63 mg/L，下降了24.6%；在油膜去除期，實(shí)驗(yàn)組水體微表層的油膜被除去，水體微表層穩(wěn)態(tài)被破壞，但后續(xù)實(shí)驗(yàn)中觀察到微表層重新出現(xiàn)新的油膜，因此，要想達(dá)到更好的處理效果，可對(duì)微表層進(jìn)行持續(xù)處理，比如：在水面設(shè)置推流裝置等。

實(shí)驗(yàn)水體中總磷的初始濃度為0.20 mg/L，含量并不高，因此，整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的變化基本相同，當(dāng)水體微表層被油膜覆蓋時(shí)，水體擾動(dòng)較小，使得磷酸鹽易結(jié)合其他顆粒而沉積，水中顆粒物減少，電導(dǎo)率小幅下降，總磷含量由0.20 mg/L下降到0.06 mg/L。在油膜去除期，總磷含量變化不大，主要是因?yàn)榍捌诳偭缀枯^低，由0.06 mg/L下降到0.04 mg/L，變化在誤差范圍內(nèi)，可忽略不計(jì)。

實(shí)驗(yàn)水體中CODMn的初始濃度為7.92 mg/L，在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中為Ⅳ類(lèi)水。在經(jīng)過(guò)油膜覆蓋—去除過(guò)程之后，實(shí)驗(yàn)組中CODMn的濃度由7.92 mg/L下降至3.58 mg/L，下降了54.8%，相較于對(duì)照組，實(shí)際去除率為16.3%。主要是因?yàn)槲⒈韺佑湍さ母采w—去除過(guò)程相當(dāng)于厭氧-好氧過(guò)程，為水中微生物提供了良好的生存環(huán)境，充分利用水體的自?xún)裟芰?，達(dá)到降低COD的效果。

4 結(jié)論

水體微表層漂浮物的覆蓋—去除過(guò)程對(duì)水體溶解氧的影響最大，會(huì)使溶解氧先下降后上升，對(duì)水體總氮（TN）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）的實(shí)際去除率較高，分別達(dá)到32.8%、16.3%。因此，利用微表層漂浮物的覆蓋—去除過(guò)程處理富營(yíng)養(yǎng)水體可達(dá)到良好的處理效果，在最大程度上營(yíng)造良好的水體處理環(huán)境，充分利用水體的自?xún)裟芰Γ玫街卫砀粻I(yíng)養(yǎng)化水體的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣江巒. 廣東三種代表性水體微表層富集作用的比較研究[D]. 廣州：暨南大學(xué)， 2011.

[2]吳興讓. 珠江廣州段水體微表層與次表層中多環(huán)芳烴和重金屬分布規(guī)律的研究[D].廣州：暨南大學(xué)， 2010.

[3]王朝暉，楊宇峰，宋淑華，等. 大亞灣海域營(yíng)養(yǎng)鹽的季節(jié)變化及微表層對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的富集作用[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011， 31（2）： 307～315.

[4]彭云輝，王肇鼎，潘明祥，等. 大亞灣海區(qū)微表層、次表層BOD和COD的研究[J]. 海洋湖沼通報(bào)，2000（4）： 13～19.

[5]趙順. 北黃海微表層與次表層細(xì)菌豐度及群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化特征研究[D]. 大連：大連海洋大學(xué)， 2014.

Abstract： By the coverage and removal of the oil-film which is the representative of floats in the surfacemicrolayer， the experiment analyzesthe change of dissolved oxygen（DO），pH，total nitrogen（TN）， total phosphorus（TP） on eutrophic water. The results showed： adding oil and removing oil can greatly influence the water quality indicators.The DO rises after the first drop. Compared with the control group， the actual removal of TN、CODMnis higher， which is 32.8%、16.3% in treatment group. The experiment indicated： the cover-removal of the oil-filmin the surface microlayer is effective in improving the eutrophic water quality， which is a worthwhile approach in the future.

Key words：eutrophic water； surface microlayer； floats； oil-film； DO