环境因素对长寿湖底泥释磷影响的模拟实验研究
湖泊底泥磷形态及 pH值对磷释放影响研究
金属
m+
+
H
2 PO
− 4
=
金属
(H
2
PO
4) mΒιβλιοθήκη ↓（1）金属
m+
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HPO
2− 4
=
金属
2 (HPO
)4 m
↓
（2）
沉淀反应不涉及到水中氢离子和氢氧根离子的变化，故水体 pH 值不变。
-3-
第二阶段：当调整 pH 值到 10 时， 试验结果见图 5。水中 TDP 浓度迅速增 加，pH 值随之下降且稳定在 8.5 左右。 原因是在碱性条件下水体中大量 OH-与 底泥 Fe/Al-P 中的 PO43-发生离子交换作 用[9]，水体中 OH-减少导致上覆水 pH 值 降低，底泥中 PO43-得以释放导致上覆水 TDP 浓度迅速增加。从第 3d 开始到系统 达到稳态平衡，上覆水 TDP 减小了 0.225mg/L；同时上覆水 pH 值降低并维 持在 7.84 左右，此时底泥一直处于吸附 状态。
3. 结果与讨论
3.1 玄武湖底泥磷形态分析
玄武湖表层底泥样品中磷的形态测定结果见图 2 和图 3。
-2-
图 2 底泥各形态磷含量（pH=7.26）
图 3 底泥各形态磷在 TP 中的分布（pH=7.26）
Fig.2 The content of phosphorus forms in sediment Fig.3 Distribution of phosphorus forms in TP of sediment
湖泊底泥挖掘可能导致水体氮磷平衡破坏的研究
湖泊底泥挖掘可能导致水体氮磷平衡破坏的研究陆子川 (宁波市环境监测站,浙江宁波 315012)收稿日期:2000209225;修订日期:2001202211作者简介:陆子川(1969-),男,浙江宁波人,工程师1摘 要:挖掘底泥是减少富营养化湖泊内源性氮、磷元素的主要手段,但若挖掘不当,则一段时间内可能会导致水体氮、磷平衡破坏,富营养化加剧。
从底泥挖掘可能导致水体营养元素平衡破坏的成因入手,探讨避免水体富营养化加剧的对策。
关 键 词:底泥挖掘;氮磷平衡;富营养化中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:100226002(2001)022*******Study on d igg i ng up the lake sed i m en ts wh ich may lead to destroy i ng the blance of n itrogen and phosphorus i n wa ter LU Zi 2chuan (N ingbo Environm en talM on ito ring Stati on ,N ingbo 315012,Ch ina )Abstract :D igging up the lake sedi m en ts is the m ain w ays of reducing the self 2concen trati on of N itrogen A nd Pho spho ru s in eu troph ic lake ,Bu t if digging i m p roperly ,It w ill lead to destroying the b lance of n itrogen and pho spho ru s .T h is article discu ss the m ethod to avo id the eu troph icati on p rob lem of w ater body from the digging up the lake sedi m en ts w h ichm ay leadto destroying the b lance of n itrogen and pho spho ru s in w ater .Key words :digging up the lake sedi m en ts ;b lance of n itrogen and pho spho ru s ;eu tropph icati on 封闭或半封闭性湖泊,由于水体中的氮、磷等营养元素的富集,易导致特征性藻类异常增殖,使水体显现富营养化,习惯上称之为“水华”。
持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮_磷的释放
持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放孙小静1,2,秦伯强2,朱广伟2,张战平3,高永霞4(11华东师范大学资源与环境科学学院,上海 200062;21中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京 210008;31华北水利水电学院资源与环境学院,郑州 450008;41河海大学环境科学与工程学院,南京 210098)摘要:为揭示水动力扰动及其后续沉淀效应对湖泊内源氮、磷营养盐释放的作用,通过室内试验模拟了水体在受到持续扰动后又长时间静置沉淀的整个过程.结果表明,水动力扰动初期可引起底泥颗粒态和胶体态氮、磷向水体大量释放.在连续扰动015d 时,水体总氮(T N )和总磷(TP )浓度分别达最高值21106mg ΠL 和01272mg ΠL ;连续扰动1d 时,水体中胶体氮(C N )和胶体磷(CP )含量分别达最高值01452mg ΠL 和01052mg ΠL ;之后虽继续扰动,因颗粒物和胶体物质的凝聚沉淀作用超过了其悬浮量,T N 、TP 、C N 、CP 的含量却转而降低.在停止扰动后的静置过程中,大颗粒悬浮物迅速沉淀,而胶体物质沉降缓慢,静置时间超过1d 后,C N 和CP 含量才开始因絮凝沉淀而降低.真溶解态氮(UDN )和真溶解态磷(UDP )含量在扰动阶段升高较少而在静置1d之后有持续大幅度升高,说明胶体的吸附作用在扰动阶段限制了水体溶解态氮磷含量的升高,且延长了其悬浮后在水柱中的停留时间,在扰动后的静置阶段,胶体又会将吸附的氮磷解吸释放到水体中,从而延缓了营养盐去除和水质的改善.关键词:水动力;氮;磷;胶体;湖泊中图分类号:X524 文献标识码:A 文章编号:025023301(2007)0621223207收稿日期:2006208224;修订日期:2006210216基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目(K ZCX12SW 212);国家自然科学基金项目(40571006);国家高技术研究发展计划(863)项目(2002AA601011)作者简介:孙小静(1977～),女,博士,主要研究方向为湖泊水环境和土壤污染控制,E 2mail :sxjkerry @s R elease of Colloidal N and P from Sediment of Lake C aused by Continuing H ydrodynamic DisturbanceS UN X iao 2jing1,2,QI N Bo 2qiang 2,ZH U G uang 2wei 2,ZH ANG Zhan 2ping 3,G AO Y ong 2xia4(11C ollege of Res ources and Environmental Science ,East China N ormal University ,Shanghai 200062,China ;21Nanjing Institute of G eography and Limnology ,Chinese Academy of Sciences ,Nanjing 210008,China ;31School of Res ource and Environment ;N orth China Institute of Water C onservancy and Hydropower ,Zhengzhou 450008,China ;41C ollege of Environmental Science and Engineering ,H ohai University ,Nanjing 210098,China )Abstract :The course of continuing hydrodynamic disturbance and succeeding long time settlement of lake water was simulated to study therelease of nitrogen (N )and phosphorus (P )from lake sediment.I t was showed in the experiment that the hydrodynamic disturbance caused abundant release of particulate and colloidal phosphorus and nitrogen.The concentration of total nitrogen (T N )and total phosphorus (TP )in water reached the highest values of 21106mg ΠL and 01272mg ΠL ,respectively ,when the water was disturbed for 015d ,and the concentration of colloidal nitrogen (C N )and colloidal phosphorus (CP )in water reached the highest values of 01452mg ΠL and 01052mg ΠL ,respectively ,when the water was disturbed for 1day.Then ,the concentration of T N ,TP ,C N and CP turned to decrease despite the continuing disturbance ,for the particles and colloid deposited exceeded that suspended.During the settling phase after disturbance ,the bigger suspended particles deposited quickly while the tiny colloid deposited much slower ,and the concentration of C N and CP did not decrease until the water was settled for 1day.The concentration of ultra 2filtrated diss olved nitrogen (UDN )and ultra 2filtrated diss olved phosphorus (UDP )increased much m ore in the settling phase than in the disturbing phase.I t can be drawn that the ads orption of colloid limited the increase of diss olved N and P in lake water in the disturbing phase and prolonged the time of suspended N and P stayed in water.And the N and P ads orbed by colloid could als o be released into water in the settling phase after disturbance ,which delayed the elimination of nutrition and im provement of water quality.K ey w ords :hydrodynamic ;nitrogen ;phosphorus ;colloid ;lake 湖泊营养盐内源释放问题引起了越来越多环境工作者的关注[1～6].对于太湖这样的大型湖泊而言,因其水体较浅、受风浪扰动剧烈、底泥频繁再悬浮,风浪扰动可将表层底泥中的营养盐释放出来,这种动态内源释放对水质影响很大[6～9].前期的水槽试验研究发现,波浪扰动可使水体中总磷含量显著升高,而且随着波浪扰动作用持续,悬浮物中细颗粒胶体组分含量明显增加,使得悬浮物对水体磷的吸附能力增强,成为了限制水体溶解性磷浓度升高的一个重要原因[5].然而由于当时试验条件限制,水槽试验中水动力扰动持续时间较短,对长时间持续扰动和扰动后的静置过程中溶解态营养盐含量变化情况未能监测,对水体中胶体组分的含量变化以及第28卷第6期2007年6月环 境 科 学E NVIRONME NT A L SCIE NCEV ol.28,N o.6Jun.,2007胶体吸附营养盐的情况也未能加以研究.关于胶体对元素的吸附作用,对土壤胶体的研究较多,如胶体物质比普通土壤颗粒物的吸附能力高很多,紫色水稻土有机无机复合胶体对磷的吸附能力比土壤高014～6169倍[10];土壤对P 的吸附既包括可逆的快速表面吸附,又包括缓慢地引起P 与铁铝氧化物共沉淀的络合反应[11].相比而言,关于湖泊底泥悬浮物及其中的胶体成分对水体N 、P 的吸附作用过程和规律的研究鲜见报道.为了系统地研究持续扰动和扰动后静置过程中水体的胶体态、颗粒态和溶解态营养盐含量变化情况,揭示水动力扰动及其后续静置过程对内源营养盐的释放作用,本研究通过室内试验模拟了水体在受到长时间持续扰动后又长时间静置沉淀的过程,定时观测了该过程中悬浮固体和胶体态及溶解态氮磷营养盐含量变化情况,探讨了胶体在湖泊营养盐循环中的作用,以期为更深入认识湖泊营养盐内源释放规律提供试验依据.1 材料与方法试验用的底泥于2005212227采自梅梁湾北部三山岛附近,底泥平均含水率为53105%,总磷(TP )含量为515mg Πkg ,烧失量(LOI )占底泥干重的百分比为3188%.本试验所用容器为底面直径50cm ,高60cm 的圆桶型有机玻璃容器(见图1).将底泥均匀铺于容器底部,泥厚约6cm.底泥铺好后,用虹吸管沿器壁向容器缓缓注入纯净水,注水时非常谨慎以免扰动底泥.注水至深度约50cm ,然后静置2d 使泥水达到物质交换平衡.图1 水动力扰动试验装置示意Fig.1 Sketch map of the equipment for experiment扰动试验前先采集背景水样.然后开启搅拌器,由小到大缓慢提高转速,至表层底泥受到普遍扰动并大量悬浮为止,此时搅拌器转速为170r Πmin ,转动子与底泥上表面间距为10cm ,然后保持此转速持续扰动.连续扰动2h 时采第1次水样.之后每隔015d 采1次水样,当连续扰动2d 后,停止搅拌,使水体静置,并按照一定的时间间隔采集水样.由于试验容器的容积有限,为保持一定的水量,在扰动期间,每次采完水样,立即向容器缓缓补充入等量的去离子水,由于扰动充分并且每次采样的时间间隔足够长,足以使水体充分混合并使泥水界面的物质交换达到平衡.静置期间采过水样后不再补充去离子水.每次采样位置为水体表面以下10cm ,采样量为8L ,其中约1L 用于测定悬浮固体含量(SS )和悬浮固体粒度,其余立即进行预过滤和切向流超滤,以收集胶体浓缩液和超滤液.水样首先通过装1μm 滤芯(Millipore 公司生产,型号CR0171006,聚丙烯材料)的预过滤系统(10inch Millipore prefilter ),得到的预滤液用于切向流超滤.超滤系统为Millipore Standard Pellicon System.膜为孔径1000(相对分子质量)的Millipore P LAC 超滤膜堆.因此本研究中的胶体是能透过1μm 滤膜且被1000(相对分子质量)超滤膜阻止的微粒.水样的超滤和超滤系统清洗流程参见文献[12,13].本研究中的总氮(T N )、总磷(TP )是指水样中总的氮、磷含量;胶体氮(C N )、胶体磷(CP )是指水样中能通过1μm 预滤膜且被1000(相对分子质量)超滤膜截留的胶体物质中的氮、磷含量;真溶解态氮(UDN )、真溶解态磷(UDP )是指水样经1000(相对分子质量)超滤膜超滤后透过液中总的氮、磷含量.SS 的测定采用Whatman G F ΠC 玻璃纤维滤膜抽滤后105℃烘干称重法[14].悬浮物中有机物的含量指将烘干的悬浮物在550℃下灼烧5h 后的重量损失,即用悬浮固体烧失量SS LOI 表征[15].悬浮物粒度用Malvern Instruments Ltd (UK )公司生产的Mastersizer 2000激光光透式粒度仪测定.水样中T N 、TP 和UDN 含量采用过硫酸钾消解后钼锑抗分光光度法测定[14].UDP 是将水样经1000(相对分子质量)膜超滤后的超滤液消解后用SK A LAR 连续流动分析仪测定,磷酸根磷(PO 42P )则是将超滤液直接用SK A LAR 连续流动分析仪测定.C N 、CP 含量的计算方法同文献[12,13].相关分析采用SPSS 统计软件完成.2 结果与分析211 试验中SS 和SS LOI 含量变化试验中SS 和SS LOI 含量的变化情况如图2(a )4221环 境 科 学28卷所示.由图2(a )可知,SS 含量首先在扰动作用下迅速升高,在开始扰动的2h 里升高最快,由扰动前的2810mg ΠL 迅速升高到50616mg ΠL ,在连续扰动015d 时达最大值64710mg ΠL ,之后一直到搅拌停止却转而降低,在连续扰动2d 时已经降到25417mg ΠL.停止扰动后SS 含量继续降低,静置的前2h 降低最快,由25417mg ΠL 降到了10118mg ΠL ,之后直到静置10d 试验结束SS 基本呈缓慢降低趋势,在静置10d 时降到了3516mg ΠL.这说明当水动力扰动持续时间超过某一长度后,悬浮固体含量会随扰动的持续而降低,也就是一部分悬浮固体会又沉淀进入底泥.朱广伟等[7]在太湖的实地观测发现,当风速增至12m Πs 时,水体SS 含量可增至507mg ΠL ,这一值和本研究中扰动2h 时的SS (50616mg ΠL )非常接近,因此本试验中的扰动作用情况大致相当于野外风速12m Πs 时风浪对太湖底泥的作用情况.图2 试验中SS 、SSLOI 含量变化(a)和LOI 百分含量变化情况(b)Fig.2 Variation of SS and SS LOI (a )and percentage of LOI in SS (b ) 表征悬浮物中有机物含量的SS LOI 与SS 含量的变化趋势非常一致,相关分析结果也表明两者呈显著正相关,相关系数达01991(p ≤0101,n =13).说明悬浮物中有机质含量会随悬浮固体含量的变化而发生相应变化.悬浮物中LOI 所占百分比的变化情况如图2(b )所示,与图2(a )对比发现,LOI (%)的变化趋势与SS 和SS LOI 含量的变化趋势基本相反.由相关分析知,LOI (%)与SS 和SS LOI 均呈显著负相关,相关系数分别为-01883(p ≤0101,n =13)和-01891(p ≤0101,n =13).结合图3中悬浮物粒度的分析结果,发现SS 含量越高,悬浮物中粗颗粒成分越多;SS 含量越低,悬浮物中细颗粒占的百分比越大.当SS 含量越高即粗颗粒成分越多时,悬浮物中有机质的百分比越小;当SS 含量越低即悬浮物中胶体为主的细颗粒成分含量越高时,有机质所占的比例越大.所以粗颗粒悬浮物中有机质百分含量小于包含胶体物质在内的细颗粒悬浮物中有机质的百分含量.212 悬浮物粒度变化图3为试验中悬浮颗粒中值粒径和胶体占总悬浮物百分比的变化曲线.由图3可知,扰动使得悬浮物中值粒径显著增大,在开始扰动的前2h 增大速度最快,当连续扰动1d 后达最大值101506μm ;之后中值粒径基本保持稳定;在连续扰动115d 之后悬浮物中值粒径开始减小;扰动停止后继续减小,当静置1d 时中值粒径达最小值11935,然后又开始增大.图3 扰动试验中悬浮颗粒中值粒径和小于1μm 的胶体颗粒占总悬浮固体百分比的变化Fig.3 Variation of median diameter of SS and percentage ofcolloidal particles with diameter under 1μm in SS粒径<1μm 的胶体颗粒占总悬浮固体的百分比与悬浮物中值粒径的变化趋势恰恰相反.扰动前为4199%,在开始扰动时呈减小趋势,当连续扰动115d 时达最小值2122%,之后虽继续扰动却转而呈现上升52216期孙小静等:持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放趋势,当连续扰动2d 时达4120%.停止扰动后该比例迅速升高,当静置1d 时达最高值21131%.之后到静置的第10d 试验结束,该比例一直在下降.213 水体中各形态氮含量变化图4为T N 、C N 和UDN 含量及C N 占T N 百分比的变化情况.由图4(a )可知,扰动开始阶段T N 迅速升高,在连续扰动015d 时T N 达到最高值21106mg ΠL ,然后又随部分悬浮物的沉淀而降低;C N 含量在连续扰动1d 时C N 达最高值01452mg ΠL ,之后也转而降低,在静置的第1d 略微升高之后,C N 又继续降低,直至试验结束,C N 降到了01229mg ΠL.C N 占T N 的百分比在试验过程中出现了几次波动,并在静置1d 后达到最高值3518%,见图4(b ).真溶解态氮UDN 在扰动开始的第1d 有所升高,由扰动前的01065mg ΠL 升高到了连续扰动1d 时的01279mg ΠL ,之后又有所降低;在静置阶段UDN 含量呈阶梯式升高,至连续静置10d 试验结束前,UDN 达最高值01653mg ΠL.图4 扰动试验中各形态氮(a)含量和CN 占TN 百分比(b)的变化情况Fig.4 C oncentration of T N ,CN and UDN (a )and percentage of CN in T N (b )in the experiment214 水体中各形态磷含量变化试验中磷含量的变化见图5.由图5(a )和图2(a )知,TP 变化曲线与SS 变化曲线非常一致,其含量在扰动的开始阶段迅速升高,在连续扰动015d 时TP 达最高值01272mg ΠL ,之后又开始降低,至连续扰动2d 停止搅拌前,已经降到01151mg ΠL.扰动期间,CP 含量与TP 含量密切相关,在扰动开始阶段,CP 含量也迅速升高,不过其变化要滞后于TP ,连续扰动1d 才达到最高值01052mg ΠL ,之后又有所降低;CP 占TP 的百分比仅略微上升,见图5(b ),最初为1614%,到连续扰动115d 时达扰动期间的最高值2112%.但在停止扰动后,因TP 显著降低而CP 降低很小,使得CP 占TP 的百分比升高并维持较高的水平,停止扰动前CP 占TP 的百分比为1712%,在静置1d 后其达到最高值5419%.之后由于胶体絮凝聚集形成较大颗粒而使胶体含量降低,因为颗粒态磷(PP )在静置1～4d 期间呈上升趋势,所以此时CP 占TP 的百分比是下降的;静置4d 之后PP 又转而降低,说明大颗粒凝聚物发生了沉淀,这又使胶体百分含量升高.这种“絮凝2沉淀”作用过程使得CP 占TP 的百分比出现了几次升降的交替变化.图5 扰动试验中各形态磷(a)含量和CP 占TP 百分比(b)的变化情况Fig.5 C oncentration of TP ,PP ,CP ,UDP and PO 42P (a )and percentage of CP in TP (b )in the experiment6221环 境 科 学28卷 超滤液中真溶解态磷(UDP)含量的变化与TP 和CP的变化趋势基本相反.在扰动的起始阶段UDP呈略微降低趋势,由扰动前的01011mgΠL降到扰动115d时的01009mgΠL,扰动阶段后期又有所上升,静置的第1d UDP含量基本保持稳定,静置1d之后一直到静置第10d试验结束UDP又显著升高,由01013mgΠL升高到01022mgΠL.PO42P基本在01002～01006mgΠL之间波动,因含量一直较低,其变化没有呈现显著的规律性,分析认为是“扰动释放”和“胶体吸附”共同作用的结果.UDP含量在底泥悬浮阶段降低、在底泥沉降阶段反而升高,说明除了底泥及其间隙水向水体的释放作用之外,还存在影响UDP 含量更强的因素,胶体及其它颗粒物对UDP的吸附作用超过了底泥悬浮释放和沉淀对它的影响.而且,由于静置的第1d颗粒物大量沉淀而UDP基本保持稳定,但在静置的第2～10d胶体含量降低时UDP显著升高,说明胶体含量变化引起的吸附能力变化对UDP的影响最大.因此,当胶体含量增加时,其对水体溶解态磷的吸附作用大于底泥向水体的释放作用,“吸附2释放”平衡向“吸附”方向移动,UDP 被大量吸附而含量降低;当胶体含量因凝聚沉降作用而降低时,胶体的吸附作用降低,一部分被吸附的UDP释放出来,加上底泥向水体的静态释放作用,“吸附2释放”平衡向“释放”方向移动,使UDP的释放通量超过了吸附通量,引起UDP的升高.在扰动的起始阶段,UDP含量降低而UDN则显著升高,其原因是扰动引起的UDN释放量远大于UDP释放量,也超过了同期胶体和颗粒物对UDN的吸附容量,“释放2吸附”平衡向释放倾斜,因此该阶段UDN 与UDP的变化情况不同.3 讨论试验中悬浮物沉降的情况可用溶胶的沉降原理来解释[16].分散于气体或液体介质中的微粒,都受到2种方向相反的作用力,一是重力,二是由布朗运动引起的扩散力.如微粒的密度比介质的大,微粒就会因重力下沉,这种现象称为沉降;与沉降作用相反,扩散力能促进体系中粒子浓度趋于均匀.当这2种作用力相等时,就达到平衡状态,谓之“沉降平衡”.根据文献[16]中球形质点在液体中的沉降公式:ν=2r2(ρ-ρ)gΠ9η(1)式中,ν为沉降速度,r为质点半径,ρ为质点密度,ρ0为液体密度,η为液体粘度,g为重力加速度.在其它条件相同时,沉降速度ν和质点半径的平方r2成正比,即颗粒半径越大时,沉降速度会越快,颗粒越小,则沉降速度越慢.在扰动的开始阶段,底泥被大量掀起进入水体,使水体中大颗粒悬浮物迅速增多,而粒径较小的胶体物质占总悬浮物的百分比有所减小;当扰动持续一定时间(本研究中为115d)之后,由于较大悬浮颗粒物相互碰撞的几率大,易于聚集形成更大颗粒而沉淀,经过这种粒度和比重的分选[17,18],悬浮物总量降低(SS由连续扰动015d时的最大值64710mgΠL降低到连续扰动2d时的25417mgΠL),而小型悬浮颗粒因沉降速度慢,仍然停留在水体中,使得悬浮物中值粒径减小,小型胶体颗粒占悬浮物的百分比升高;在停止扰动之后,大型颗粒物迅速沉淀,而较小的悬浮颗粒还未及沉淀,使得悬浮物中值粒径显著降低,粒径小于1μm的胶体颗粒占总悬浮物的百分比上升;在静置时间超过1d之后,大部分大型悬浮颗粒物已经沉淀入底泥(SS由停止扰动前的25417mgΠL下降到7511mgΠL),粒径较小的胶体颗粒也逐渐开始絮凝聚集成较大颗粒,使得悬浮物粒径又有所增大,而小型胶体颗粒占总悬浮物的百分比相应降低,当这些较大聚集体也逐渐沉淀时,SS含量就会继续降低.关于连续扰动015d之后SS以及T N、TP、PP、C N、CP含量下降的原因,除了悬浮物碰撞、粒度分选引起沉降之外,每次采样后补充纯净水引起的稀释作用可能也有一定影响.从连续扰动015d时SS达到最高值到连续扰动2d,在此期间一共补水3次,以试验容器总水量100L、每次补水8L计,3次补水对SS的稀释倍数为[(100-8)Π100]3=0178倍,而在此期间SS由连续扰动015d时的最大值64710mgΠL降低到连续扰动2d时的25417mgΠL,在此期间SS降到了最高值的0139倍,因此,即使扣除补水的稀释作用,SS仍呈降低趋势,T N、TP、PP、C N、CP含量变化也一样,虽然它们降低的幅度没有那么大,但试验结果反映出的变化趋势是一样的.胶体具有强大吸附能力的原因在于其比表面积大,许多元素在胶体态和真溶解态中的分布系数大于在颗粒态和真溶解态中的分布系数[19],即胶体在元素迁移过程中发挥着”胶体泵”的作用[20],使得天然水中胶体不仅是物质的重要存在形态,也是元素迁移过程的重要载体[21,22].一些对湖泊和河流的研究发现,当溶液中含有较高浓度的磷时,沉积物吸附一定量的磷;当溶液中磷浓度低于一定值后,沉积物72216期孙小静等:持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放则开始释放磷.当沉积物原有磷酸盐的解吸量等于吸附实验中被吸附的磷酸盐量时,沉积物对磷酸盐的吸附量为0,此时溶液的磷酸盐浓度为吸附2解吸平衡浓度[23～25].因此,本研究中UDP和UDN含量的变化应是胶体对溶解态氮磷吸附2解吸作用的综合表现,受胶体含量变化影响,胶体对溶解态氮磷的作用在吸附2解吸平衡之间转化.尤其是静置阶段后期,由于颗粒态和胶体态氮磷的大量沉降,使得水体中总氮和总磷含量降低,但是原来吸附态的UDP 和UDN开始被释放出来,表现为CP和C N含量降低,而UDP和UDN含量却在显著升高.这样一来,胶体对营养盐的吸附作用延长了营养盐悬浮后在水柱中的停留时间,增加了藻类可利用态营养盐含量,从而延缓了营养盐的去除和水质改善.由研究结果可以看出,扰动后经过10d的静置直到试验结束,水体的SS、T N、TP、PP、C N、CP、UDN、UDP等的含量仍高于扰动前的初始状态,说明扰动作用下由底泥释放到水体中的氮、磷营养盐会长时间停留在水体,使得水质改善非常缓慢.自然湖泊一直受到不同程度的扰动,很少处于完全静置的理想状态,体释放,从而为浮游植物提供着源源不断的营养补充,影响着湖泊水质.4 结论(1)剧烈的水动力扰动会引起底泥C N和CP向水体大量释放.连续扰动1d时C N达到最高值01452mgΠL,CP达到最高值01052mgΠL,之后虽继续扰动却转而降低;在停止扰动后的静置过程中,由于大颗粒悬浮物迅速沉淀而胶体物质因沉降缓慢大部分还停留在水体中,使得T N和TP含量显著降低而C N和CP降低很小,引起C N占T N的百分比和CP占TP的百分比升高并维持较高水平,在静置1d 后C N占T N的百分比达最高值3518%,CP占TP的百分比达最高值5419%.(2)水体中UDN和UDP含量在扰动阶段有一定升高,但是不如在扰动后的静置阶段升高显著.静置的第1d UDP含量基本保持稳定,静置1d之后一直到静置10d试验结束UDN和UDP均有显著升高,UDN升至01653mgΠL,UDP则升至01022mgΠL.(3)胶体对营养盐的吸附作用延长了溶解态营养盐悬浮后在水柱中的停留时间,增加了藻类可利用态营养盐含量,从而延缓了营养盐的去除和水质的改善.致谢:感谢张路博士在本文的撰写过程中提出了宝贵意见.参考文献:[1]G ranéli W.Internal phosphorus loading in Lake Ringsj n[J].Hydrobiologia,1999,(404):19～261[2]Can field DE J,H oyer M V.The eutrophication of Lake Okeechobee[J].Lake and Reserv oir M anagement,1988,4(2):91～991 [3]S teinman A,Rediske R.Internal phosphorus loading in S pringLake:Y ear1[R].Report for S pring Lake2Lake Board.2003.MR2200321151[4]W ang H,Appan A,G ulliver J S.M odeling of phosphorus 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129中国安全科学学报589120159812Z 030中国环境监测340250127427Z 001中国环境科学17143019784Z 546中国人口资源与环境373230130225Z 022资源科学76310019745Z 012自然资源学报149641177111)数据源于:中国科学技术信息研究所.2006年版中国科技期刊引证报告(核心版)[M].北京:科学技术文献出版社.2006.202.2)《环境科学》2002、2003、2004、2005、2006年连续5届荣获“百种中国杰出学术期刊”称号92216期孙小静等:持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放。
两种覆盖材料阻隔湖泊污染底泥磷释放的研究_唐艳
第4期收稿日期：2014－11－22作者简介：唐艳（1981—），女，硕士研究生，曾在中国环境科学研究院湖泊基地做研究实验，现在在湖北轻工职业技术学院环境专业任教，主要研究方向：水污染控制，从事工作和经历。
两种覆盖材料阻隔湖泊污染底泥磷释放的研究唐艳（湖北轻工职业技术学院，湖北武汉430070）摘要：本研究建立了一套模拟湖泊小试装置，分别采用含粘土的沙子和清洁黄土两种材料覆盖污染底泥阻隔磷释放。
实验控制在恒温25ħ厌氧条件下进行。
经过60d 静置和15d 扰动实验，结果表明，沙子和黄土覆盖厚度达到5cm 以上，均能有效抑制底泥P 释放，且覆盖厚度越厚，抑制P 释放的效果越好。
因此，从工程成本和取材方便的角度考虑，采用5cm 15cm 厚度即可。
扰动会加速促进底泥P 释放，采用覆盖法控制内源磷污染时，要尽量减少对覆盖材料的扰动。
关键词：覆盖；覆盖厚度；磷；底泥中图分类号：X703．1文献标识码：A文章编号：1008－021X （2015）04－0147－02Study on Two Kinds of Capping Materials Stop the Ｒelease of Phosphorus From Contaminated SedimentTang Yan（HuBei Light Industry Technology Institute ，Wuhan 430070，China ）Abstract ：A lab －scale simulation lake was built to study how to control phosphorus release from contaminated sediment．Sand containing clay and clean loess were placed on the top of contaminated sediment respectively to stop phosphorus release．The temperature of lab －scale equipment was kept at 25ħ．The contaminated sediments were under anaerobic conditions．The experiment quiet in there lasted for 60days ，then were disturbed for 15days．The results show that sand and loess with the thickness of 5cm can greatly stop phosphorus release from contaminated sediment．The effects increase with the thickness of the cover．Considering engineering cost control and taking material convenient ，the optimal thickness is 5－15cm．Disturbance could accelerate the release of P．Therefore ，using the method of capping inhibition of sediment phosphorus released ，try to minimize disturb to capping materials．Key words ：：capping ；capping thickness ；phosphorus ；sediment 在我国，湖泊富营养化问题越来越严重。
长寿湖中磷形态的季节变化和沉积物磷释放的模拟研究的开题报告
长寿湖中磷形态的季节变化和沉积物磷释放的模拟研究的开题报告1.研究背景磷是生物体内的重要成分之一，同时也是水体中的重要营养盐。
长寿湖位于中国江西省宜春市，是一个重要的淡水湖泊，也是该地区的主要水源之一。
然而，长期排放污染物和过量施肥等因素影响下，湖泊水体磷污染日益严重，对湖泊生态环境造成了极大的威胁。
因此，探究长寿湖中磷形态的季节变化和沉积物磷释放规律，对于湖泊环境保护具有重要意义。
2.研究内容本研究将从以下两个方面入手：（1）长寿湖中磷形态的季节变化。
通过对长寿湖中不同部位水样和沉积物进行取样分析，测定不同季节内总磷、无机磷和有机磷的含量，探究长寿湖中磷形态在不同季节的变化规律。
（2）沉积物磷释放的模拟研究。
通过长寿湖沉积物的采集和实验室模拟，研究沉积物磷释放的规律及其对湖泊水体中磷污染的影响。
同时，结合实际调查数据对模拟结果进行验证。
3.研究意义本研究将有助于深入了解长寿湖中磷污染的现状和趋势，为长寿湖生态环境保护提供科学依据和参考。
通过模拟研究，可以探究长寿湖沉积物磷释放的影响因素和模拟方法，为湖泊管理和修复提供重要的科学依据。
4.研究方法本研究将采用现场调查、实验室分析和模拟计算相结合的方法。
具体操作包括：（1）现场采集长寿湖不同部位的水样和沉积物样品；（2）实验室测定样品中总磷、无机磷和有机磷的含量；（3）使用模型对长寿湖沉积物磷释放进行模拟研究；（4）结合实际调查数据对模拟结果进行验证和修正。
5.研究预期结果本研究预计能够深入了解长寿湖中磷污染的现状和趋势，揭示长寿湖中磷形态的季节变化规律和沉积物磷释放的规律。
同时，能够结合实际调查数据，对模拟结果进行验证和修正，提高模拟结果的可信度。
预计研究结果能够为长寿湖生态环境保护提供重要科学依据和管理建议。
环境因子对长江宜宾段底泥吸附磷的影响
６０ ３ ） １０ １ （ 西南交通大学地球科 学与环境工程学院 ，成都
摘要 ：本文主要研究模拟长江底泥对富营养化水体磷的吸附，分析环境 因子对底 泥吸 附磷的影 响。结果显示 ：（ ）在 １
２ ℃ 时 ，底 泥 对 磷 的 吸 附在 碱 性 条 件 时的 吸 附速 率 小 于 酸性 和 中性 条 件 ， 中性 条 件 下 的 吸 附速 率 最 大 ；（ ） 在 控 制 上 ５ ２
Ｆ ｇ ３ Ｔ ｅ ｅ ｅ ｔｏ Ｈ ｏ ｈ ｓ ｈ ｒ ｕ ｄ ｏｐ ｉｎ ｂ ｅ ｉ ｎ ｉ． ｈ ｆ ｃ ｆｐ ｎ ｐ ｏ ｐ ｏｏ ｓａ ｓ ｒ ｔ ｙ ｓ ｄ ｍｅ ｔ ｏ
ｒ ｂｅ ｔｐ ｒ ｕ ｂ ｒ Ｓ ｏ ｐｅ
．
－ ｔ ｒａ ａ ｅｂ ｔ
ＪＡＮ Ｙａ －ｉｎ ，Ｕ Ｕ Ｙｉｇ Ｉ Ｇ ｎ ｘｏ ｇ ｎ ，ＤＥ ｕ ＮＧ Ｃ ｉ
（ ａｕ ｙｏ ｅ ｃ ｎｅ Ｆ ｃｌ Ｇｏ ｉ ｃ ｔ ｆ ｓ ｅ ｓ＆Ｅ ｖｏ ｍ ｎａ Ｅ ｇｎｅｎ ｏｔｗ ｓＪ ｏ ｎ ｎ ｅ ｉ ， ｈｎｄ １０ １ Ｃ ｉ ） ｎｉ ｎ ｅｔｌ ｎ ｉ ｒ ｇｏ Ｓｕｈ ｅ ｉ ｔ ｇＵ ｉ ｒｔ Ｃ ｅｇ ｕ６０ ３ ， ｈｎ ｒ ｅｉ ｆ ｔａｏ ｖ ｓｙ ａ
（ ）温度对 底 泥磷 吸 附 的 影 响 ：分 别 向柱 状 ２
底泥磷释放实验 报告
实验题目:湖塘底泥磷的释放姓名：学号：班级：组别：22组指导教师：唐艳葵1.实验概述1.1实验目的及要求⑴了解湖泊底泥磷释放的过程；⑵观察湖泊各采样点所采集的底泥的形态特征；⑶熟练掌握湖泊底泥的最大释磷量的计算；⑷熟悉总磷的测定原理及操作方法。
1.2实验原理城市浅水湖泊的富营养化是我国湖泊普遍存在的环境污染问题。
各种来源的营养盐进入湖泊，经过一系列物理、化学及生物化学作用，其中一部分或大部分逐渐沉积到湖底，当湖泊外部环境条件发生变化，沉积物中的营养盐又释放出来进入水中，成为湖泊营养盐的内负荷，并延续湖泊的富营养化，因此，控制内负荷对于湖泊治理具有十分重要的意义。
在天然水和废（污）水中，磷主要以各种磷酸盐和有机磷化合物（如磷脂等）的形式存在，也存在与腐殖质颗粒和水生生物中。
本实验主要用钼酸铵分光光度法测定10号湖塘水中底泥磷释放量与时间的关系，在酸性条件下，水样中溶解性正磷酸盐与钼酸铵酒石酸锑氧钾反应，生磷钼杂多酸，再被抗坏血酸还原生成蓝色络合物（磷钼蓝），于波长700nm处测量吸光度，用标准曲线法定量。
方法测定范围为0.01~0.6mg/L,适用水样类型包括地表水、废（污）水。
1.3实验仪器(1) 烘干机(2) DSX-90恒速数显电动搅拌机(3) 搅拌棒(4) PHS-3C pH计(5) JPB-607溶解氧仪(6) JJ300、AB104-N电子天平(7) 722光栅分光光度计(8) 10mm比色皿(9) 高速离心机(10) WXJ-Ⅲ微波消解仪(11) 消解罐2.实验内容2.1实验方案设计湖塘底泥的磷主要为正磷酸盐，但也含有其它价态的磷酸盐，底泥中还含有各种有机物和悬浮物，因此本次实验的设计思路是：对底泥进行搅拌使磷释放；进而进行离心，取得上清液；再进行微波消解，破坏有机物，溶解悬浮物，将各种价态的磷元素氧化成单一高价态的磷；接下来是定容显色；最后通过分光光度计测定各时间段的磷的吸光度，得出磷释放量。
盐度对底泥磷释放原位修复的调控效果研究【开题报告】
毕业论文开题报告环境科学盐度对底泥磷释放原位修复的调控效果研究一、选题的背景和意义1.选题背景现代社会面临严重的富营养化问题，由于磷被认为富营养化的限制因子，同时在生产,生活中外源磷及外源性营养削减后,内源磷的聚集给湖泊富营养化带来了潜在威胁，因此削减和控制内源磷的释放是当今治理湖泊富营养化的关键。
对于浅水湖泊而言，底泥磷通常占较高的比例，占内负荷总量的60%-80%，这也是湖泊外源性营养盐削减后，水体营养负荷的主要来源。
底泥－水界面磷的潜在释放、磷在沉积物中的吸附解吸、磷素的生物地球化学循环等问题是底泥释磷研究的关键。
近几年来,新型的物理化学生物技术被广泛的运用到内源磷释放的修复技术中,此外不同条件盐度下对底泥磷释放的机制也存在一定的差异性。
2.选题意义湖泊沉积物(又称作底泥)是湖泊内源磷的重要蓄积库,一定条件下,底泥中的内源磷可能成为湖泊富营养化的主导因子。
因此,在研究湖泊外源磷削减后的富营养化水体工作中,探明湖泊底泥中内源磷释放的含量,与上覆水之间的动态转换,及其赋存状态,具有非常重要的意义。
本研究针对性地研究了盐度对底泥磷释放的原位修复的调控效果研究，同时为底泥中内源磷的治理工程提供科学依据。
二、研究目标与主要内容（含论文提纲）1.研究目标（1）不同条件无机盐调控剂对表层底泥磷素的释放是否具有促进作用。
2.主要内容（1）不同浓度盐度调控下表层底泥磷释放规律；（2）盐度调控剂作用前后表层底泥不同形态磷素变化。
三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等3.1 实验室模拟沉积物-上覆水反应体系3.1.1 实验室模拟材料的准备沉积物-上覆水反应体系的模拟材料主要取至西湖。
具体方法为：采用自制的沉积物采样器，采集西湖梅家坞段的底泥，置于塑料箱中，采集上覆水置于塑料瓶中，带回实验室待用。
3.1.2 沉积物-上覆水反应体系的建立挑去底泥中的碎石、叶片等杂物，用小铲子将其混合均匀后，分别装入4个反应器中（见下图），至30cm刻度线；加入采至西湖的上覆水至80cm刻度线；将取样管置于反应器泥水界面处，于指定时间采集上覆水做后续测验。
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第7卷第5期环境工程学报Vol ．7，No ．52013年5月Chinese Journal of Environmental EngineeringMay 2013环境因素对长寿湖底泥释磷影响的模拟实验研究周欣1郭海涛1张进忠1，2*徐金祥1徐卫红1（1.西南大学资源环境学院/三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400715；2.重庆市农业资源与环境重点实验室，重庆400716）摘要肥水养殖显著增加了长寿湖底泥中的磷含量。
为了解肥水养殖积累在湖泊底泥中磷的释放情况，以长寿湖大坝口枯水期底泥为实验材料，模拟研究了不同环境条件（上覆水pH 、温度、DO 含量和扰动）下湖泊底泥的释磷特征。
结果表明，在弱碱性条件下，底泥释磷量随上覆水pH 的升高而升高；温度升高有利于底泥磷的释放，温度每升高5ħ，第21天时底泥释磷量增大0.0045 0.0074mg /L ；DO 含量降低有利于底泥中铁/铝结合态磷的释放；扰动对底泥磷的释放没有明显影响。
研究表明，网箱养殖增加了底泥中的有机磷含量，促进有机磷向无机磷转化，增大了底泥中磷的释放风险。
关键词长寿湖底泥磷释放环境因素模拟实验中图分类号X524文献标识码A文章编号1673-9108（2013）05-1671-05Simulated study on phosphorus release from sediment in ChangshouLake influenced by environmental factorsZhou Xin 1Guo Haitao 1Zhang Jinzhong 1，2Xu Jinxiang 1Xu Weihong 1（1.Key Laboratory of Eco-Environments in Three Gorges Reservoir Region ，Ministry of Education ，College of Resources and Environment ，Southwest University ，Chongqing 400715，China ；2.Chongqing Key Laboratory of Agricultural Resources and Environment ，Chongqing 400716，China ）Abstract Fertilizer water culture obviously increased the amount of phosphorus in the sediment of Chang-shou Lake．To know the release situation of phosphorus accumulated in lake sediment by fertilizer water culture ，the sediment collected from Changshou Lake during low water period was used as the experimental material ，the release characteristics of phosphorus from lake sediment were studied by simulation experiment under different environmental conditions （overlying water pH ，temperature ，DO content and disturbance ）．The results showed that the release amounts of phosphorus from the sediment increased with pH value of the overlying water increas-ing under weakly alkaline condition．High temperature promoted phosphorus to release from the sediment ，the re-lease amount of the 21st day increased 0.0045 0.0074mg /L when the temperature increased every 5ħ．Low DO content promoted Fe /Al-P to release from the sediment ，and disturbance had no distinct influence on phos-phorus release from the sediment．This study revealed that cage culture increased the content of organic phos-phorous in the sediment ，and promoted organic phosphorous to transform into inorganic phosphorous ，which may increase the release risk of phosphorus from the sediment．Key words Changshou Lake ；sediment ；phosphorus release ；environmental factors ；simulation experi-ment基金项目：公益性行业（农业）科研专项经费资助项目（200903056）；现代农业产业技术体系建设专项（NYCYTX-35-GW16）收稿日期：2012－01－12；修订日期：2012－02－15作者简介：周欣（1987 ），女，硕士研究生，主要从事污染控制化学研究工作。
E-mail ：zx541472113@ *通讯联系人，E-mail ：jzhzhang@swu．edu．cn水体富营养化是全球最严重的水环境问题之一。
湖泊中的磷主要来源于水产养殖、工业、农业和生活排放等人类活动，是造成湖泊富营养化的主要限制因子。
20世纪80年代以来，我国湖泊网箱养殖规模持续增长，养殖活动中投加的饵料、产生的鱼类排泄物和动植物残体等大量沉积在湖底，明显增加了底泥中磷的含量，并主要以钙磷（Ca-P ）、铁/铝结合态磷（Fe /Al-P ）和有机磷（OP ）等形态存环境工程学报第7卷在［1，2］。
当湖泊底泥-水界面的环境条件（pH、DO、温度、微生物活动和水力扰动等）发生改变时，底泥中的磷可重新释放进入上覆水，增加湖泊发生富营养化的风险。
一般来说，较高的pH和温度、较低的DO含量和适宜的水力扰动都有利于底泥磷的释放［3-7］。
目前，国内关于养殖水体磷污染研究大多集中在污染调查与评价、营养盐的时空分布特征等方面［8，9］，鲜见研究养殖水体底泥磷释放的报道。
长寿湖是在长江支流龙溪河下游人工砌坝而成，是重庆市最大的人工湖泊、重要的淡水鱼养殖基地，水域面积约6667hm2。
20世纪90年代，在长寿湖大面积推行肥水性网箱养殖技术，向湖中投入动物粪便、饲料和化肥等营养物质，大量的含磷物质进入湖水并沉积在底泥中，对该湖水质构成了严重威胁［10，11］。
为此，以长寿湖枯水期大坝口底泥为实验材料，模拟研究在不同环境条件下底泥中磷的释放特征，以期为保护长寿湖的生态环境、维持湖泊的可持续开发与利用提供科学依据。
1材料与方法1.1底泥样品的采集利用采抓式底泥采样器，于2010年3月在长寿湖（N29ʎ29'44.79ᵡ，E107ʎ00'25.67ᵡ）大坝口（网箱养殖主径流带，图1）采集枯水期表层底泥样品（10 cm）。
底泥样品经自然风干后，研磨、过100目筛，保存在封口袋中备用。
大坝口枯水期上覆水水质参数和底泥中磷含量参见文献［10］，其中上覆水pH 为9.49，DO含量为17.41mg/L，温度为10.6ħ；底泥中总磷（TP）、Fe/Al-P、Ca-P和OP含量分别为1317.69、76.90、96.12和32.06mg/kg。
图1长寿湖大坝口采样点示意图Fig.1Sampling site in the dam of Changshou Lake1.2底泥磷释放的模拟实验在5000mL烧杯中装入500g处理后的底泥样品，缓慢注入3500mL去离子水，根据长寿湖上覆水pH、温度和溶解氧的变化范围［10］，用稀NaOH或稀HCl溶液调节去离子水的pH为7.5、8、9和9.5。
将烧杯放入恒温生化培养箱中，控制温度为10、15、20和25ħ，去离子水的DO含量为4.5和2mol/L，在不搅动和每24h在60r/min搅动1min下，进行底泥磷释放的模拟实验。
每个处理做2次重复，30 d内完成实验。
每2d采集距底泥3cm处的上覆水样20mL，取样后立即在烧杯中补充同体积的去离子水，水样经0.45μm的微孔滤膜过滤后，用钼锑抗还原光度法测定溶解性总磷含量。
2结果与讨论2.1上覆水pH对底泥释磷作用的影响图2表示不同pH下底泥释磷量的变化过程。
由图2可知，不同pH条件下底泥释磷量具有相同的变化趋势，即在第1天出现磷的爆发性释放，随后释磷量急剧下降，第3 21天释磷量没有明显变化，但在第21 25天突然增大后骤降，第23天达到最大值，第25天后基本保持不变。
另外，底泥释磷量随着上覆水pH的升高而增大。
实验初期底泥磷出现暴发性释放的原因可能是网箱养殖增加了底泥中的水溶性磷和弱吸附态磷含量，泥水混合后，水溶性磷和弱吸附态磷大量释放；随后，底泥-水界面磷迁移处于不稳定状态，除底泥中吸附态磷的释放与水中弱吸附态磷被再吸附外，在碱性条件下底泥中的部分OP向Fe/Al-P转化，水中的OH－与底泥中的Fe3+、A13+形成更稳定的氢氧化物，释放与Fe3+、A13+结合的磷［12，13］，导致上覆水中的磷浓度增加，第23天时各处理中释磷量同时达到最大值；第25天后，底泥中未释放的吸附态磷和Fe/Al-P向更稳定、溶度积更小的Ca-P转化，使得底泥的释磷作用图2不同pH下底泥释磷量的变化Fig.2Variation process of phosphorus releasedfrom the sediment at different pH2761第5期周欣等：环境因素对长寿湖底泥释磷影响的模拟实验研究趋于稳定［3］。
长寿湖上覆水pH常年处于碱性状态，枯水期上覆水pH（8.92 9.49）明显高于丰水期和平水期的pH（7.50 8.11）［10］，增大了枯水期底泥中Fe/ Al-P的释放风险。