底泥中营养物质及其他污染物释放机理综述
底泥的氮、磷释放及其微生物影响的研究
底泥的氮、磷释放及其微生物影响的研究
张恒军;吴群河
【期刊名称】《环境技术》
【年(卷),期】2003(000)0z1
【摘要】氮和磷在自然界的循环已经引起了人们的关注,一方面因为氮和磷是生态系统中必不可少的营养元素,另一方面过剩的氮和磷会导致水域的富营养化 ,从而使生态平衡遭受破坏.本文综述了水体沉积物中氮和磷受微生物作用进行释放的影响,以及国内外的研究历史和现状.总结了氮磷微生物代谢的特点,并阐述了与传统认识相区别的最新发现和思想.本文试图从理论上说明微生物的氮磷释放机理,通过生物化学和分子动力的角度解释了细菌对氮磷的吸收和释放,即质子动势理论和Pho调控理论.目前,这一领域研究的热点是为了特殊的使用用途对于高效微生物的分离鉴别和组合培养,和对氮磷代谢的影响因素.
【总页数】5页(P20-23，27)
【作者】张恒军;吴群河
【作者单位】中山大学环境科学与工程学院环境科学研究所,广州,510275;中山大学环境科学与工程学院环境科学研究所,广州,510275
【正文语种】中文
【中图分类】X820.3
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生物菌剂 底泥 原理
生物菌剂底泥原理
生物菌剂底泥的原理主要基于微生物的分解作用。
微生物，包括细菌、真菌和原生动物等，能够分解底泥中的有机物质，将其转化为简单的无机物质，如二氧化碳、水、硝酸盐等。
这个过程叫做底泥的生物降解。
具体来说，底泥中的微生物通过消耗有机物质，释放出能量，用于自身的生长和繁殖。
在分解过程中，微生物释放出酶，这些酶能够将大分子有机物质分解为更小的分子。
然后，这些小分子被微生物细胞吸收，经过一系列的生化反应，最终转化为二氧化碳、水、硝酸盐等无机物质。
这个过程对底泥的生态平衡非常重要。
通过生物菌剂的作用，底泥中的有机物质被有效分解，减轻了底泥污染，改善了水质。
同时，微生物的活动也能促进底泥中的物质循环，促进生态系统的稳定性和可持续性。
请注意，生物菌剂底泥的效果受到多种因素的影响，包括微生物的种类、底泥的性质、环境条件等。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的生物菌剂，并进行科学的管理和监测。
底泥部分
底泥部分底泥一般系指江河湖库的沉积物，是自然水域的重要组成部分。
氮，磷能通过颗粒物吸附、沉淀、水生生物死亡沉积等方式蓄存在底泥中。
在适当条件下，氮和磷能从底泥中释放出来，为水生生物的生长提供必要的营养元素，进而加剧水体的富营养化。
有研究表明，厌氧条件是促使底泥释放氮磷的主要原因。
因此，改善底部水体的溶氧条件，对于修复受污染水体，改善水体的营养状况具有重要的意义。
目前，世界上采用较多的供氧方式是对江河湖库的底部水体曝气充氧，这种供氧方式需要为曝气设备提供机械动力，建设成本和维护费用较高，对于面积大、水力条件复杂的江河湖库，其实际操作难以实现。
因此，开发简便易行，成本低廉的供氧技术具有重要的工程意义。
H2O2和CaO2均能与水反应产生氧气!具有与曝气类似的供氧效果。
在控制外来污染源之后，影响水库水质的一个重要因素就是底泥释放所产生的二次污染。
如果不对底泥进行处置，单纯地净化上覆水无法达到治理水库污染的目的。
底泥是有机物质的重要蓄积库和营养盐再生的主要场所，对水体中的各类污染物质都具有较强的释放和吸附作用，其对上覆水中营养元素的“汇／源”效应，对水体富营养化有着重要的影响。
随着富营养化问题的日益突出，水库外源污染的控制不断得到加强，但是内源污染的释放依旧阻碍着水质恢复的进程，而且水库内源污染物的释出，类似于非点源污染，释放面积大，释放时间、途径和释放量具有不确定性。
底泥是淡水生态系统的重要组分，在水生态系统中充当着“源”与“汇”的角色，它不断地接纳水体中沉积下来的颗粒物质，又不断地向水体中释放营养，在水生态系统的物质循环和能量流动过程中发挥着重要作用。
底泥中各种营养物质的不断积累会引起底栖生境的改变，对生存在其中的底栖生物产生重要影响。
此外，在某些水动力条件下，沉积的营养物质又会随着表层与底层水的混合而进入上层水体，从而为浮游植物的生存提供必要的营养，因而可能引起或加重水体的富营养化程度。
以往对湖泊及海洋中底泥的研究已十分广泛，尤其是一些浅水湖泊更易受风力等外界因素的干扰而导致底泥营养物质向上层水体释放，因而更受关注。
河流底泥污染物释放研究
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Ⅱ
上海大学硕士学位论文
从上世纪８０年代开始，国内外学者就开始了底泥污染物扩散规律的研究，经 过几十年的发展，取得了许多成果，但是由于底泥污染物扩散过程本身的复杂性， 还有很多问题尚待研究解决。以往的研究大都集中在氮、磷及重金属释放规律方 面，研究手段以静态实验为主。动水条件方面的研究起步相对较晚，研究成果相 对较少。本文在前入研究的基础上，对动水条件下底泥中污染物释放规律进行了 水槽的实验研究。并以苏州河底泥为例，通过静态和动态的水槽模拟实验，分析 了不同流速、不同水深条件下，河流受污染底泥中释放出的ＣＯＤ。、ＤＯ、ｐＨ、 浊度、重金属等对上覆水体水质的影响。
上海大学硕士学位论文
ｌｏｗ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｏｏｋ ｏｎ ｌｏｗｅｒ ｖａｌｕｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔａｔｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． ３．Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｂｏｔｈ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ｓｅｄｉｍｅｎｔ
ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ．Ａｔ ａ ｓａｌｌｌｅ ｄｅｐｔｈ．ｔｈｅ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｍｃｒｅａｓｅｄ ａｌｏｎｇ ｗｉｍ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉ１１ｃｒｅ鸽ｉｎ吕ｗｈｉｌｅ ａｔ ｔｈｅ ｆｉｘｅｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｄｅ．ｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｅｎｓｅｍｅｎｔ ｏｆｄｅｐｔｈ．
官厅水库底泥污染物分析及分布规律研究
论文分类号 X524 单位代码10183 密级内部研究生学号 4990094吉林大学硕士学位论文官厅水库底泥污染物分析及分布规律研究Study on Analysis and Distribution Orderliness ofPollutants in Sediments of Guanting Reservoir作者姓名：陈云清专业：分析化学导师姓名：张凤君教授及职称：论文起止年月：2000年11月至 2002年4月提要本文是在完成《官厅水库流域水质改善总体技术方案研究》项目课题三《官厅水库底泥污染监测及控制技术研究》的过程中完成的。
随着官厅水库上游污染治理的不断深入，水库库区内源污染的诊断及治理变得越来越重要。
当官厅水库周边的点污染源和面污染源被较好地控制后，水库库区沉积在底泥中的污染就成为影响库区水体水质的重要因素。
因此，对官厅水库库区底泥中污染物的分布规律和毒性的研究成为本论文的重点。
通过对官厅水库表层底泥样和柱状底泥样的采集和分析，综合运用ＳＥＭ／ＡＶＳ和生态危害指数法对底泥中重金属的毒性和潜在生态危害进行了评价。
通过此课题的完成，最终达到对官厅水库库区重金属的污染分布有清楚的了解，为后续子课题的完成提供了充分的理论依据。
确保在整个项目完成后，底泥中污染物不会对库区水体造成二次污染，完全恢复官厅水库作为北京市饮用水水源地的功能。
目录第一章文献综述.......................................................................错误！未定义书签。
前言...............................................................................错误！未定义书签。
一、官厅水库基本情况..............................................................错误！未定义书签。
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。
地表水体底泥中氮磷及重金属的释放规律研究
地表水体底泥中氮磷及重金属的释放规律研究杨文澜,刘力(淮阴师范学院化学系,江苏淮安223300)摘要 通过对地表水体底泥污染特性的分析,论明水体沉积物与水体之间具有复杂的迁移规律。
分类介绍了影响水体底泥中氮磷及重金属释放的各种因素,主要分析了温度、pH 值、溶解氧、沉积物形态、水体扰动的影响,认为影响释放的主导因素因地而异,指出开展污染底泥综合整治技术研究的重要性。
关键词 底泥;氮磷;重金属;释放规律中图分类号 X523 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)17-08151-02S tud y on th e R e le a s e Law s o f N itro g en,Ph o sph o ru s an d H e av y M e ta ls fromS e d i m e n ts o f S urfa c e W a te r B o dy YANG W en -lan e t a l (D epar tm en t o f C h em is try ,H u a iy in T each e rs C o llege ,H u a ian,J ian gsu 223300)A b s tra c t T h e po llu tion ch a ra cte ristics o f sed i m en ts o f su rface w a te r body w e re an a ly zed.I t w a s po in ted ou t th a t th ere w e re com p lica ted m ig ra tionlaw s be tw e en sed i m en ts and w a te r body.T h e in flu en cin g fa cto rs o f th e re lease o f n itrogen,ph o sph oru s an d h eavy m e ta ls fromsed i m en ts inth e w a te r body w ere cla ssified and in trodu ced.T h e in flu en ces o f tem pera tu re ,pH,disso lv ed o xyg en ,formo f sed i m en ts an d h yd rodyn am ic d is tu rban ce w e re m a in ly an a ly zed.It w as th ou gh t th a t th e m a jo r in flu en cin g fa cto rs va ried in d iffe ren t su rrou nd in g s .A n d th e e ssen tia lity o f de ve lop in g th e stu dy onth e com preh en s ive con tro l tech n o log y o f sed i m en ts w as po in ted ou t .K e y w o rd s S ed i m en ts ;N itrogen an d ph osph o ru s ;H eav y m e ta ls ;R e le ase law s作者简介 杨文澜(1981-),男,江苏徐州人,讲师,从事水污染控制工程的研究,Em a il :yw lhp3004@hy tc 。
富营养化水体底泥释磷的影响因素及其机理
４８
江苏环境科技
２００５年 １２ 月
磷的固定量 ＴＤＰ（ ｍｇ ／ Ｌ）
状态下对磷沉积和释放发挥着极其重要的作用。ＰＣａ 一般不容易释放， 但当 ＣＯ２ 比较充足时， ＰＣａ 可能释 放。虽然 ＰＣａ 不易直接释放到水体中， 但是它可通过 水生植物的吸收转化和代谢而从沉积物中释放出来。
一般情况下， 铝离子以三价态稳定存在， 而且铝 化 合 物 对 Ｐ 有 极 强 的 吸 附 能 力 （ 极 高 的 ｐＨ 值 除 外） ， 因此相对于 ＰＦｅ 和 ＰＣａ 而言， ＰＡｌ 比较稳定， 但 ｐＨ 值 过 低 （ ｐＨ ＜ ４） 和 过 高 （ ｐＨ ＞ ８） 都 会 造 成 ＰＡｌ 的 释 放［６］。 １．２ 有机磷
2底质磷释放的主要影响因素21ph值大量的试验研究表明f8ph值在中性条件下磷释放速率最小偏酸略微地促进内源磷释放速率而在碱性条件下内源磷的释放速率随ph值的升高而猛增
第 １８ 卷 第 ４ 期 ２００５ 年 １２ 月
江苏环境科技 Ｊ ｉａｎｇｓｕ Ｅｎｖｉｒ ｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
在酸性条件下， ＰＡｌ 和 ＰＦｅ 态化合物不易释磷，
而 ＰＣａ 态化合物当 ｐＨ 值降低或由于底质有机物生 物降解产生的 ＣＯ２， 都会使其溶解度增加， 导致 Ｐ 的 释放量增大。 ２．２ 溶解氧
好氧、厌氧模拟试验是通过不断补充空气和氮气 进 行 的 。李 勇 等 人 ［ ９］ 在 对 南 京 玄 武 湖 底 泥 释 磷 的 试 验 研究发现： 厌氧状态下， 底泥中的 Ｐ 大量释放， 其释放 平衡浓度为好氧的 ２５ 倍， 详见图 ２。Ｆｉｌｌｏｎｓ 和 Ｗｉｌｌｉａ 等人［１０］在连续流动释放系中发现， 湖泊沉积物磷的释 放速率厌氧状态是好氧状态的 １０ 倍以上。据费隆试 验的定量数据， 必须维持水体中溶解氧 ２ ｍｇ／Ｌ， 否则， Ｐ 释放会显著增加。
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底泥中营养物质及其他污染物释放机理综述
水体底泥(沉积物)污染,是世界范围内的一个重要环境问题。
其污染物主要通过大气沉降、废水排放、水土流失、雨水淋溶与冲刷进入水体,最后沉积到底泥中并逐渐富集,使底泥受到严重污染。
欧洲莱茵河流域、美国的大湖地区、荷兰的阿姆斯特丹港口、德国的汉堡港等底泥的污染均十分严重一旦河流湖库水体环境发生变化,沉积在底泥中的氮磷营养元素、重金属和难降解有机物会重新释放出来进入水体,影响上覆水体的水质,形成二次污染。
此外,底泥又是底栖生物的主要生活场所和食物来源,污染物质可直接或间接对底栖生物或上覆水生物产生致毒致害作用,并通过生物富集、食物链放大等过程,进一步影响陆地生物和人类健康
1底泥中氨氮、磷释放机理
沉积物中磷和氮化合物的循环主要由3部分组成:①营养盐溶解态和颗粒态之间的转化循环;②溶解态和水生植物之间的交换;③沉积物中营养盐与溶解态、颗粒态以及水生生物之间的吸收、吸附、溶出、上卷再悬浮、生物吸附以及死亡后的回归等。
1.1底泥中磷释放的研究情况
磷的释放与水温、pH值、溶解氧有关。
水温升高,沉积物中的微生物活性增强,底栖生物活性加强,提高了生物扰动作用和沉积物有机物的矿化速率,促使有机磷向无机态磷转化,将不溶性磷化物转化为可溶性磷,从而促进沉积物中内源磷的释放;水体中pH值会影响磷的赋存形态。
水体呈中性时磷释放最小;偏酸性时,磷主要以H2PO4形态存在,镁盐、硅酸盐、铝硅酸盐以及氢氧化铁胶体都参与对磷的吸附,此时沉积物吸附作用较大,也不利于沉积物内源磷的释放;水体偏碱性时,则以H2PO4的形态存在,pH小于10.07,TP的最大释放量基本没有变化,pH大于10.07,TP的最大释放量急剧增加;一般认为在厌氧状态下,沉积物更容易向水体释放磷。
当水体溶解氧下降,出现厌氧状态时,此时水—土界面氧化还原电位低,Fe3+被还原成Fe2+,胶体状的氢氧化铁变成可溶性的氢氧化亚铁,使磷酸根脱离底泥进入间隙水,进而向上覆水扩散。
也有学者认为,沉积物富含有机物时,好氧条件可能比厌氧条件更有利于沉积物内源磷的释放。
有些市区河段有机污染比较严重,在好氧条件下,有机物的矿化速率远比在厌氧条件下快,因而在快速矿化释磷的作用下,造成沉积物内源磷的大量释放。
另外,水体扰动会引起表层沉积物再悬浮,同时也加速了沉积物间隙水中磷的扩散,导致间隙水中高浓度磷释放到上覆水体中,有时会成为一些水体沉积物磷释放的主要动力。
1.2底泥中氨氮释放机理
氨氮的释放与pH值、DO、有机质有关。
pH值越低H+离子浓度越大,底泥胶体吸附的NH+4同H+离子竞争吸附位置而被释放出来,并且随H+浓度增大NH+4最大释放量增大,水溶液中TN的浓度也相应地增大。
氯离子浓度越高,底泥胶体中吸附的硝酸根及一些带负电荷以有机形式存在的TN,同氯离子竞争吸附位置而从底泥释放到水溶液中的量也越大;pH高水溶液中OH-离子浓度大,底泥胶体释放出来的NH+4同OH-离子发生化学反应。
水溶液的pH值在3.98-11.94范围内,TN的最大释放量随pH的升高而减少。
有机质高的底泥中, 有机质是影响底泥释放氨氮的最大因子, 丰富的有机物有利于微生物的繁殖, 从而分解大量的有机物, 引起氨氮的大量释放。
2 底泥中重金属释放机理
河流底泥中重金属的释放特性与重金属的赋予状态密切相关, 水环境化学条件是影响重金属结合形态的一个重要因素。
河流的环境化学条件主要包括盐度、pH 值、氧化还原条件、温度、天然及人工合成络合剂等, 他们对底泥中重金属的结合形态和重金属释放存在不同程度的影响:①根据离子交换和竞争吸附理论, 水中存在的阳离子可以和重金属离子产生竞争, 从而使重金属从固体颗粒上解吸下来。
②河流底泥、土壤及氧化物吸附重金属的释放研究都得出随着酸度增加, 重金属的释放量增大。
③底泥重Fe/Mn 氧化物在还原条件下能释放出Fe 、Mn 及绝大部分重金属进入间隙水, 但由于氧化性沉积层的氧化作用, 释放出来的重金属无法向上扩散而滞留于底部还原层。
但对于水底层及底泥表面均为厌氧的条件下, 情形可能会大有不同, 特别是对于有机污染严重的河流, 整个系统都处于强还原状态, 底泥中还原释放出的Fe 、Mn 及由此释放的重金属完全迁移至上层水体, 迁移释放强度随水流紊动程度的提高将进一步得到加强。
④对于重金属在固体颗粒上的吸附和解吸过程, 温度升高一般有利于重金属的物理解吸, 对于离子交换吸附, 由于表面电荷几乎不随温度变化, 所以离子交换吸附产生的重金属释放作用基本不受温度的影响;根据分子热运动理论, 温度升高有利于底泥中重金属向水相的迁移以及释放于空隙水中的重金属向表层水的迁移。
底泥中含量较高的碳酸盐结合态的重金属, 随温度的升高, 释放量增大。
⑤有机物质可以使金属氧化物高价的金属还原为低价态, 增加其溶解性, 释放出氧化物上吸附的重金属;重金属离子可以和有机酸形成可溶性络合物和胶体悬浮物。
重金属可以不同形式进入或吸附在有机质颗粒上, 与有机质络合生成复杂的络合态金属。
这两种结合形态的金属较为稳定, 绝大多数被固定在底泥中, 不易释放。
底泥对于金属铬、铜有很强的固定能力, 排入河流的这些金属绝大部分在较短的时间内都会转移至底泥中。
当上覆水清洁后底泥中的金属又会升迁释放, 但速度是相当缓慢的, 诸多因素会对释放起到强化或减弱的作用, 但作用并不十分明显。
因此受污染的底泥将会长期对其上覆清洁水造成影响。
3 结论
底泥中营养物质及污染物的主要研究内容是氨氮、磷、重金属、持久性有机物等。
国内底泥中氨氮、磷、重金属的释放机理研究较多, 而对底泥中持久性有机物释放机理研究几乎是空白。
持久性有机污染物对环境的影响危害非常严重,一旦外界环境变化, 造成其大量释放, 对环境造成的污染是不可估量的。
所以对底泥中持久性有机物释放机理的研究尤为重要, 特别是处置疏浚后的底泥。