重慶某天然湖泊COD空間分布研究

肖楚，沈艷艷，蔣經(jīng)緯，程鵬

(1.后勤工程學(xué)院化學(xué)與材料工程系，重慶　401311； 2.重慶市沙坪壩區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶　401331)

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重慶某天然湖泊COD空間分布研究

肖楚1，沈艷艷2，蔣經(jīng)緯1，程鵬1

(1.后勤工程學(xué)院化學(xué)與材料工程系，重慶401311； 2.重慶市沙坪壩區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶401331)

對(duì)重慶某天然湖泊布設(shè)37個(gè)取水樣點(diǎn)，采用快速消解分光光度法測(cè)定水樣的化學(xué)需氧量(COD)。在165℃下使用HACH試劑對(duì)水樣消解20 min，測(cè)得COD范圍為17.5-49.9 mg/L、均值為33.0 mg/L。該湖泊水體COD總體較高，其空間變化規(guī)律為湖中間低、四周高，南側(cè)低、北側(cè)高，水溫、周邊植被、湖水深淺以及當(dāng)?shù)仫L(fēng)向是COD變化規(guī)律的主要原因。

湖泊；COD；空間分布

湖泊是地表水的主要組成部分，我國(guó)湖泊總貯水量約為7.551×1011m3，其中淡水湖貯水量約為2.350×1011m3[1]。由2014年至2015年，全國(guó)62個(gè)重點(diǎn)湖泊(水庫(kù))中，水質(zhì)為Ⅰ類湖泊(水庫(kù))由7個(gè)減少至5個(gè)，Ⅱ類由11個(gè)增加為13個(gè)，Ⅲ類由20個(gè)增至25個(gè)，Ⅳ類由15個(gè)減少為10個(gè)，Ⅴ類及劣Ⅴ類無(wú)變化均分別為4個(gè)、5個(gè)[2-3]。Ⅰ類優(yōu)質(zhì)的湖泊(水庫(kù))數(shù)量減少，而其他湖泊(水庫(kù))水質(zhì)總體變好，盡管如此，我國(guó)湖泊水體污染還是較嚴(yán)重，主要污染指標(biāo)為COD、總磷和高錳酸鹽指數(shù)[2-3]。

湖泊水體污染治理主要集中在生態(tài)工程技術(shù)、低泥清淤等方面。生態(tài)工程為在湖泊內(nèi)建立浮葉、沉水植物帶等措施，通過(guò)人工投入浮葉、沉水植物與湖泊生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的藻類進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，爭(zhēng)奪水體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而減輕污染?，F(xiàn)該方法在實(shí)際工程應(yīng)用中未考慮湖泊水體不同區(qū)域的污染情況有差異[4]，導(dǎo)致治理費(fèi)用增加、治理效果不佳。本文以重慶市某高校內(nèi)湖泊作為研究對(duì)象，設(shè)置了37個(gè)采樣點(diǎn)測(cè)定COD含量，探究天然湖泊水體COD空間分布規(guī)律，為差異化、分區(qū)治理水質(zhì)較差的天然湖泊提供理論基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

1　湖泊概況

該湖泊位于重慶市主城某高校內(nèi)，南北最長(zhǎng)約710 m、東西最寬約280 m為一狹長(zhǎng)湖泊，且北側(cè)湖面相對(duì)寬闊、南面狹窄，且湖泊中部偏西有一小島，總體形狀不規(guī)則。湖泊平均水深約3 m、最深約6 m，由北向南可劃分為3個(gè)區(qū)域(圖1)，北區(qū)水深2～3 m、中區(qū)水深2～6 m、南區(qū)水深0.5～2 m，平均水深約3 m。整個(gè)水體為封閉狀態(tài)，無(wú)工業(yè)廢水、生活污水排入，主要補(bǔ)給為大氣降水，匯水面積約為1.2 km2。湖的東面、西面為山林，西面、北面為教學(xué)實(shí)驗(yàn)室及訓(xùn)練場(chǎng)所。

2　材料與方法

2.1實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：HACH COD消解器、HACH分光光度計(jì)。

試劑：消解液(HACH 20分鐘消解COD預(yù)制管試劑，成分硫酸80%～90%、硫酸汞0.1%～1.0%、硫酸銀0.5%～3.0%、鉻酸0.1%～1.0%)、COD標(biāo)準(zhǔn)試劑(HACH 1 000.0 mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液)。

2.2測(cè)量方法

移取2.00 mL待測(cè)水樣于消解COD預(yù)制管試劑，加熱至165℃消解20 min，在最大吸收波長(zhǎng)下使用HACH分光光度計(jì)測(cè)量消解液的吸光度，與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比確定COD含量[5]。

2.3測(cè)量條件

測(cè)量波長(zhǎng)：消解分光光度法的吸收波長(zhǎng)應(yīng)選擇在440 nm±20 nm的范圍內(nèi)，選擇445nm最大吸收波長(zhǎng)作為測(cè)量波長(zhǎng)。

標(biāo)準(zhǔn)曲線：使用1 000.0 mg/L的COD標(biāo)準(zhǔn)試劑配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定吸光度，并擬合得到擬合方程：

A-A0=-0.0038C-0.0002

(1)

式中，A0為空白實(shí)際的吸光度，A0=1.092；A為待測(cè)水樣的吸光度；C為COD濃度，mg/L。

擬合方程的相關(guān)系數(shù)r=0.999 8。

2.4采樣方法

2016年3月，在整個(gè)湖面設(shè)置37個(gè)采樣點(diǎn)(見(jiàn)圖1)，使用敞開(kāi)式采樣器[6]，取位于水面下0.5 m的水體[7]。每次采樣約2.5 L，取采樣瓶中部的水樣于500 mL PVC瓶保存，并在24 h內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。取樣時(shí)湖水溫度在17～20℃。

3　結(jié)果與討論

3.1COD空間分布特征

經(jīng)過(guò)測(cè)定，該湖泊水體COD濃度變化范圍為17.5～49.9 mg/L、均值33.0 mg/L，總體偏高，不完全滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)IV類水域標(biāo)準(zhǔn)，其分布情況見(jiàn)圖1。COD最高值出現(xiàn)在最南側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，最低值出現(xiàn)在湖泊中部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，兩者差值為32.4 mg/L。整個(gè)湖泊中心水體COD明顯小于四周水體，COD呈放射性分布，由周邊到中心越來(lái)越小。在湖水的南側(cè)COD整體高于北側(cè)。

圖1　采樣點(diǎn)和COD濃度分布Fig.1　Concentration distribution of sampling points and COD

3.2COD分布成因分析

3.2.1湖水總體COD偏高分析

由于該湖為封閉湖，補(bǔ)水來(lái)源為降雨，這種封閉性就使得水中的有機(jī)物只是靠湖底泥中的微生物酶降解有機(jī)污染物，沒(méi)有被降解的有機(jī)污染物就沉到水底的污泥中。而通過(guò)湖水的涌動(dòng)，污泥中的有機(jī)物又不斷浮出水面，就導(dǎo)致水質(zhì)較差。而在20～40℃內(nèi)，酶的活性隨溫度的升高而升高，降解污染物的能力也同步提高[8-9]。由于采樣時(shí)間為3月份，湖水溫度僅為17～20℃，水中微生物酶的活性較低，對(duì)有機(jī)污染物的降解分解能力較弱，導(dǎo)致湖水COD的整體含量偏高。

3.2.2COD空間分布規(guī)律分析

周邊植被的影響：植被的存在對(duì)水土保持、降解有機(jī)物有積極和促進(jìn)作用，但另一方面植被會(huì)掉落大量的枯葉、枯木等進(jìn)入湖內(nèi)或周邊區(qū)域。落入水體的物質(zhì)通過(guò)一系列的降解變?yōu)楦迟|(zhì)，周邊的枯葉、枯木等通過(guò)生物降解經(jīng)過(guò)雨水淋溶代入污染物后進(jìn)入湖泊，從而導(dǎo)致湖泊四周水體COD較高。

湖水深淺的影響：通過(guò)觀察和測(cè)量可以明顯發(fā)現(xiàn)，湖水越淺的區(qū)域其COD含量越高，在湖的南側(cè)，平均水深只有0.5～2 m，明顯低于其他區(qū)域。這部分水體的流動(dòng)性較差，受環(huán)境污染較為明顯，湖底的腐殖質(zhì)對(duì)水體的污染也更加嚴(yán)重。

風(fēng)向的影響：該湖泊所在地的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)、東北風(fēng)，在風(fēng)力的作用下，落葉以及水面上的漂浮物由南向北漂移，導(dǎo)致污染物由北向南遷移使得南側(cè)水體COD更高。

4　結(jié)論

經(jīng)測(cè)定，重慶某天然湖泊水體COD濃度為17.5～49.0 mg/L、均值為33.0 mg/L，不完全滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)IV類水域標(biāo)準(zhǔn)。湖水總體COD偏高的原因?yàn)樵摲忾]湖只靠湖底泥中的微生物酶降解有機(jī)污染物，在湖水溫度低時(shí)，微生物酶的活性較低，對(duì)有機(jī)污染物的降解分解能力較弱。由于受周邊植被、湖水深淺以及當(dāng)?shù)仫L(fēng)向的影響，湖泊中心水體COD明顯小于四周水體，湖水的南側(cè)COD整體高于北側(cè)。

[1]劉吉峰, 吳懷河, 宋偉. 中國(guó)湖泊水資源現(xiàn)狀與演變分析[J]. 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2008, 20(1): 1- 4.

[2]環(huán)境保護(hù)部. 2014年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)[EB/OL]. (2015-06-04) [2016-07-20]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201506/t20150604_302942.htm.

[3]環(huán)境保護(hù)部. 2015年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)[EB/OL]. (2016-06-02) [2016-07-20]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201606/t20160602_353078.htm.

[4]周晨, 喻理飛, 蔡國(guó)俊. 草海高原濕地湖泊水質(zhì)時(shí)空變化及水質(zhì)分區(qū)研究[J]. 水生態(tài)學(xué)雜志, 2016, 37(1): 24- 30.

[5]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. HJ/T 399—2007 水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 快速消解分光光度法[S]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2007.

[6]國(guó)家環(huán)境保護(hù)局. GB/T 14581—93 水質(zhì)湖泊和水庫(kù)采樣技術(shù)指導(dǎo)[S]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 1993.

[7]水利部. SL 187—96 水質(zhì)采樣技術(shù)規(guī)程[S]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 1997.

[8]NIKOLAY A S, DAVID B W. Regulation of biosynthesis of individual celluloses in Thermomonaspora fusea[J]. Journal of Bacteriology, 1998, 180(14): 3529- 3539.

[9]楊磊, 林逢凱, 胥崢, 等. 底泥修復(fù)中溫度對(duì)微生物活性和污染物釋放的影響[J]. 環(huán)境污染與防治, 2007, 29(1): 22- 25.

A Study on Spatial Distribution of COD in One Natural Lake of Chongqing

XIAO Chu1, SHEN Yan-yan2, JIANG Jing-wei1, CHENG Peng1

(1.Dept. of Chemistry & Material Engineering, Logistical Engineering University, Chongqing 401311, China;2.Environmental Monitoring Station of Shapingba District of Chongqing, Chongqing 401331,China)

a total of 37 sampling points were laid in a natural lake of Chongqing, and the Chemical Oxygen Demand (COD) of water samples were measured by using rapid digestion spectrophotometric method. The water samples were digested by HACH reagent for 20 min at 165℃,and the COD of the water samples were 17.5-49.9 mg/L, with the mean value 33.0 mg/L. In general, the COD of the water samples were high, and the water close to the lake shore was higher than that in the central area; and the COD in the north was higher than that in the south. The main reasons for this pattern were the water temperature, surrounding vegetation, lake depth, and local wind direction.

lake; COD; spatial distribution

2016-07-20

肖楚(1979—)，男，講師，碩士，主要從事環(huán)境化學(xué)、分析化學(xué)教學(xué)科研，E-mail：12651975@qq.com

10.14068/j.ceia.2016.05.021

X131.2

A

2095-6444(2016)05-0079-03