不同溫度條件下媯水河底泥氮磷釋放規(guī)律研究

林 海，蔡怡清，李 冰

（北京科技大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

底泥是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是水體環(huán)境營(yíng)養(yǎng)物循環(huán)的中心環(huán)節(jié)，時(shí)刻與上層水體進(jìn)行著能量和物質(zhì)的交換，對(duì)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(huán)境因素條件下向上腹水體釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，引起河流水體富營(yíng)養(yǎng)化加劇[1]。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外已有大量深入研究，A Amirbahman等[2]以美國(guó)緬因州11個(gè)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊為對(duì)象研究底泥總磷釋放機(jī)制，而對(duì)我國(guó)杭州西湖[3]、大理洱海[4]等研究均發(fā)現(xiàn)底泥氮污染物對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化有較大影響?；诖?，以現(xiàn)場(chǎng)采集水樣和底泥樣品為材料，通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)，研究不同溫度條件下媯水河底泥氮磷污染物的釋放規(guī)律，為媯水河水環(huán)境保護(hù)、水質(zhì)管理及清淤工程提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

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(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干，風(fēng)干樣品過(guò)100目篩后待用，并取對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)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(yàn)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(nèi)，加入1L水樣后放入陰暗處。先穩(wěn)定1d后，第2～20d，每?jī)商烊∫淮螛樱看螐娜涌谌訙y(cè)定其TN（10mL）、TP（25mL），每次取樣共35mL，每次取樣后均向燒杯內(nèi)補(bǔ)充35mL備用水樣，采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法和過(guò)硫酸鉀氧化鉬酸銨分光光度法，分別測(cè)定水樣TN、TP濃度。

媯水河水體溫度隨季節(jié)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(yǎng)箱中，設(shè)置溫度分別為15℃、20℃、25℃、30℃。

1.3 數(shù)據(jù)分析

底泥氮磷釋放量及釋放強(qiáng)度采用下式進(jìn)行計(jì)算：

其中，V：底泥上層水的體積，取1L；Cn：第n次采樣時(shí)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(shí)底泥總氮（總磷）濃度；Ca：添加水體總氮（總磷）濃度；：釋放強(qiáng)度（mg/m2）；A：與上層水樣接觸的底泥面積。

2 結(jié)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(duì)總氮的釋放強(qiáng)度有明顯的影響。溫度越高，總氮釋放強(qiáng)度越大。榮偉英等研究溫度對(duì)大沽排污河底泥總氮影響試驗(yàn)中，在反應(yīng)13d后，溫度為5℃、15℃、25℃的實(shí)驗(yàn)組總氮濃度分別為20mg/L、26mg/L和27mg/L，與本試驗(yàn)趨勢(shì)一致。溫度升高能促進(jìn)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(huán)境，氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為還原狀態(tài)，從而促進(jìn)了微生物的反硝化作用，進(jìn)而氨氮從底泥中得以釋放；溫度升高，微生物的有機(jī)質(zhì)礦化作用加強(qiáng)，將底泥中有機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮化合物，使氮的釋放量增大。由圖2可知，溫度對(duì)磷的效果與氮一樣，溫度越高，總磷釋放強(qiáng)度越大，前4d釋放強(qiáng)度增加較快，耗氧速率加快。溫度升高底泥中有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)礦化產(chǎn)生大量CO2，使得含鈣結(jié)合態(tài)磷溶解而被釋放。

3 結(jié)論

通過(guò)影響微生物活性、離子交換吸附、化學(xué)平衡等機(jī)制，媯水河底泥氮磷釋放表現(xiàn)出不同的規(guī)律。高溫條件促使底泥釋放氮磷，因此加強(qiáng)夏季高溫條件下媯水河水質(zhì)管理與監(jiān)測(cè)，對(duì)于修復(fù)受污染水體、改善水體富營(yíng)養(yǎng)狀況具有重要的意義。