桂畔海河底泥中氨氮分布及釋放規律

董 志 虎

(天津市市政工程設計研究院，天津 300000)

桂畔海河底泥中氨氮分布及釋放規律

董 志 虎

(天津市市政工程設計研究院，天津 300000)

針對桂畔海河水體中氨氮季節性變化較大的特點，在分析底泥構成的基礎上，探討底泥中氨氮的分布特性及其釋放對水質的影響，并分別考察溫度、溶解氧和擾動強度對水體中氨氮濃度的影響。結果表明：在試驗溫度范圍內，隨著溫度的升高，氨氮的釋放量由0.91 mg/L增加到2.16 mg/L；溶解氧由低溶解氧狀態升高到高溶解氧狀態，水體中氨氮濃度下降1.03 mg/L。同時，擾動大大促進了底泥中氨氮的釋放。

桂畔海河，氨氮，底泥，水質

0 引言

近年來，在順德區快速發展的同時當地河涌污染逐漸加重，紅崗涌、石洛涌、仙洞涌的黑臭以及大良河的劣Ⅴ類致使桂畔海河水質指標嚴重超標。監測表明，部分污染物質的含量超過劣Ⅴ類標準，其中，氨氮的存在具有鮮明的特征與代表性。從2013年—2016年，通過分析桂畔海河的水質監測資料，發現水體呈現低溫時氨氮超過劣Ⅴ類水體標準[1]，常溫下指標又下降的特點。前期研究表明，底泥中氨氮對水體水質影響重大[2]，因此，需要研究底泥中氨氮存在形態、分布規律、釋放特征以及水流狀態對水體水質的影響。

國內外已經做了很多關于底泥釋放污染物的研究[3]，但是針對河道底泥的研究較少。現階段，在外源污染得到有效控制后，內源污染成為制約河流水質的另一個重要原因。吸附在底泥膠體上的污染物在環境因子的改變下，與孔隙水發生交換，分散在水中，造成了河流的二次污染[4]?；诖?，本文以桂畔海為研究對象，將環境因子作為自變量，探究桂畔海河底泥對氨氮的吸附特性，進行了底泥中底泥氨氮釋放模擬實驗[5]，探討其在河道底泥中的遷移機制，為治理桂畔海河提供科學依據。

1 實驗材料與方法

1.1 樣品的采集與處理

為了考察桂畔海河斷面底泥污染物空間賦存情況[6]，進行了底泥采樣與分析。相關采樣信息如下：

采樣時間：2016年1月～2016年12月。

采樣地點：新滘節制閘、灰爐涌節制閘、石排節制閘。

采樣點布置(見圖1)。

樣品采集與保存方法：采用水樣采集器分別取桂畔海南岸、河中心、北岸的上、中、下層共7個取樣點的桂畔海河水樣，置于采樣瓶中；同時采用抓斗式采泥器采集表層5 cm底泥，將其裝入密封的采樣瓶；帶回實驗室，于4 ℃低溫下短暫保存。

1.2 實驗設計

用粗頸漏斗向實驗裝置中緩緩加入底泥樣品，同時不斷的振蕩裝置，使底泥平鋪至距裝置底部3 cm；然后用虹吸法向裝置內加入去離子水，放置3 d，待水體達到穩定后，測定上覆水和底泥各指標的初始值后，進行以下實驗。

1.2.1 溫度對底泥氨氮釋放的影響

用生化恒溫培養箱分別將水體溫度調節至5 ℃,10 ℃,15 ℃,20 ℃,25 ℃,30 ℃,35 ℃六個梯度，靜置、自然復氧狀態下，分別反應1 d后，測定各指標并記錄。

1.2.2 溶解氧對底泥氨氮釋放的影響

為了確保厭氧實驗的進行，在裝置水面以上始終通入氮氣，靜置1 d；模擬好氧實驗時，調節曝氣裝置使水體溶解氧逐級增肌，其余實驗步驟同上。

1.2.3 擾動對底泥氨氮釋放的影響

調節攪拌槳至其下沿距離泥面3 cm處，然后將攪拌槳轉速分別調節為0 rad/min,50 rad/min,100 rad/min,150 rad/min,200 rad/min,250 rad/min,300 rad/min；靜置、自然復氧狀態下，分別反應1 d，其余實驗步驟同上。

1.3 分析方法

指標檢測方法見表1。

表1 指標檢測方法

2 氨氮釋放影響因素及規律分析

2.1 溫度

本次實驗分別對5 ℃～35 ℃下試驗后上覆水中的氨氮濃度進行了測定，同時根據實驗前裝置穩定運行后測定的初始值計算后得出底泥中污染物向上覆水的擴散量。

由圖2可以看出，氨氮在底泥—上覆水體之間的釋放量和擴散速率與溫度呈正相關，尤其是在溫度高于22 ℃以后，氨氮的擴散量上升速度明顯增大，這是因為較低溫度時，生物活性低，底泥和水污染物交換主要基于兩相間的濃度梯度。因此，5 ℃時，氨氮從底泥向上覆水擴散的趨勢。當溫度逐漸升高時，底泥中微生物的活性增強，氨化作用加強，使有機態氮轉化為無機態的氨氮而釋放。同時，溫度升高使水中的溶解氧降低，促進了反硝化作用的進行。

2.2 溶解氧

由圖3看出：隨著水體中溶解氧的增加，其中氨氮濃度逐漸降低；這是因為在好氧條件下，底泥中的脲酶和蛋白酶活性較低；而在厭氧條件下，增強了兩種酶的活性，從而使含氮有機物在酶促作用下，分解生成特定的氨氮。

2.3 水體擾動強度

由圖4可以看出，擾動明顯增大底泥中氨氮向上覆水體擴散系數，表現為明顯促進了氨氮的釋放。擴散作用導致氨氮從高濃度方向向低濃度方向遷移，因此擾動會加速這種擴散作用，使底質中的間隙水擴散到上覆水中。此外，在一定風力條件引起的底泥的擾動，使底泥處于再懸浮狀態，這種再懸浮狀態會強烈地影響氨氮在底泥—上覆水界面間的再分配，部分營養元素可從沉積物中向上覆水釋放，使水體營養負荷增加。同時，擾動增加了底泥顆粒的反應界面，從而促進沉積物中氨氮的釋放，并加速了沉積物間隙水中氮的擴散。

3 結語

本文采集桂畔海河斷面新鮮底泥和河水開展室內模擬實驗，研究該水源底泥中氨氮的釋放規律。實驗結果表明，從5 ℃到35 ℃過程中，底泥中氨氮的釋放量增加了1.25 mg/L，在不斷向水體充氧時，水體中氨氮迅速降低；當水體溶解氧達3.14 mg/L時，水體中氨氮濃度降低速度逐漸變緩；同時，擾動大大促進了底泥中氨氮的釋放，350 rad/min時，水體兩者濃度分別比靜置時增加了16.34 mg/L。

[1] 劉亞麗，張 智，段秀舉.湖泊底泥釋氮預測模型及釋氮控制研究[J].農業環境科學學報,2006,25(6):1603-1606.

[2] 賀寶根，周乃晟，袁宣民.底泥對河流的二次污染淺析[J].環境污染與防治,1999(3):41-43.

[3] Xie L Q, Xie P, Tang H J. Enhancement of dissolved phosphorus release from sediment to lake water by Microcystis blooms-an enclosure experiment in a hyper-eutrophic, subtropical Chinese lake[J]. Environ Pollut,2003,122(3):391-399.

[4] 鄭淑君，郭加宏，王道增.底泥—上覆水界面污染物釋放機制的數值模擬[J].上海大學學報(自然科學版),2013(6):591-597.

[5] 文 威，孫學明，孫淑娟，等.海河底泥氮磷營養物靜態釋放模擬研究[J].農業環境科學學報,2008(1):295-300.

[6] Toropov A A, Toropova A P, Cappelli C I, et al. CORAL: Model for octanol/water partition coefficient[J]. Fluid Phase Equilibria，2015(397):44-49.

Distribution and release of ammonia nitrogen in the sediments of the Gui pan-hai river

Dong Zhihu

(TianjinMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstitute,Tianjin300000,China)

According to the characteristics of large seasonal changes of ammonia nitrogen in Foshan section of Gui pan-hai river. Based on the analysis of the sediment composition, discuss the distribution characteristics of ammonia nitrogen in the sediment and its release to the influence of water quality, temperature, dissolved oxygen, and turbulence intensity are investigated respectively the influence of ammonia nitrogen in water. The results show that the test temperature range, with the increase of temperature, ammonia nitrogen release quantity from 0.91 mg/L to 2.16 mg/L, dissolved oxygen from low dissolved oxygen increased state to state, high dissolved oxygen in water ammonia nitrogen concentration of 1.03 mg/L. At the same time, the disturbance is greatly promote the release of ammonia nitrogen in the sediment.

Gui pan-hai river, ammonia nitrogen, sediment, water quality

1009-6825(2017)21-0176-02

2017-05-11

董志虎(1989- )，男，助理工程師

TU991.21

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