北京奥林匹克公园龙形水系底泥氮磷释放实验研究

以北京奥林匹克公园龙形水系底泥为研究对象,分析了典型水域底泥的理化特征,研究在不同水动力和温度条件下底泥中氮磷的释放过程。结果表明:1)龙形水系底泥理化性质对上覆水水质影响较大;2)随着水动力条件的增加总氮的释放强度增加,总磷在低流速下释放强度最大,中高流速下的释放强度均小于低流速下的释放强度,水动力条件越强氨氮释放强度越小;3)温度对底泥氮释放影响较大,较高温度能明显减小底泥总氮的释放强度,但是高温有助于提高氨氮的释放强度,而温度对底泥总磷释放的影响较小。     

北大港水库底泥盐分释放规律研究

底泥的盐分释放是滨海地区淡水库水质咸化的主要原因之一,而包括上覆水条件在内的多种因素可能影响到底泥的盐分释放。为了研究底泥盐分释放的规律和主要影响因素,采集了天津滨海地区典型淡水库——北大港水库底泥样品,测定了盐分含量,并通过室内模拟实验,研究了底泥盐分含量、上覆水水深、上覆水盐浓度以及扰动对底泥盐分释放的影响。调查结果表明,库区底泥全盐量为0.095%~0.818%,总体属轻盐化土和中盐化土,库心底泥盐分含量明显高于库周底泥。室内模拟实验表明,底泥含盐量越高,盐分释放通量越大;实验条件下上覆水越深,上覆水盐分含量越低,底泥盐分释放通量越大;上覆水扰动会促进底泥盐分释放。该研究认为,底泥盐分释放受底泥盐分含量和上覆水理化因素的多重影响,对其释放规律的研究有助于更好地解释滨海地区水体的咸化机制。     

太湖河道水深对底泥营养物质再释放过程的影响

河道中的底泥作为二次污染源,是影响河道水环境重要因素.太湖河口及调水区河流底泥氮磷的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.本文用直水槽模拟河道的水动力条件改变,通过实验研究总磷、总氮在不同水深条件下水体中的浓度变化情况,探究底泥中营养物质在不同水深条件下的释放规律.本文从水流底部切应力和底部压强的角度,分析研究上覆水中总磷、总氮的平均释放速率.结果显示上覆水中的总磷随着底部切应力的增大,平均释放速率增大,随着底部压强的增大,平均释放速率减小,即与水深的变化成负相关;总氮则随着底部压强的增大,平均释放速率增大,即与水深的变化成正相关.     

大河口水库底泥释磷强度环境影响机理研究

为了解水库上覆水环境对底泥释磷强度的影响,确定底泥释磷强度与环境要素的定量线性关系,阐明不同水环境条件下底泥释磷机理。2014年8月对大河口水库采集底泥样品,进行了4因素(水温、pH、水动力、溶解氧)5水平底泥释磷室内模拟试验。结果表明:(1)温度升高有利于底泥磷的释放,25℃条件下底泥平均释磷强度为30.04 mg/m2,是5℃条件下释磷强度9.01 mg/m~2的3.3倍。(2)强酸碱条件均有利于底泥磷释放,中性条件下底泥释磷强度最小,试验期内强碱条件下(pH=9.5)底泥释磷强度分别是强酸条件(pH=5.5)和中性条件(pH=7.0)释磷强度的1.1倍和1.9倍。(3)增加扰动可加速泥水界面交换,促进底泥磷释放。高强度扰动下底泥最大释磷强度为25.18 mg/m~2,是静置条件下的3.8倍。(4)随溶解氧浓度增大底泥释磷强度呈下降趋势。DO为6.5 mg/L以上时,底泥释磷呈现"负释放"状态。(5)底泥释磷强度与温度、pH、水动力环境因素二次函数曲线拟合最优,与溶解氧三次函数曲线拟合最优。     

贵州红枫湖底泥磷释放的模拟实验研究

在实验室条件下,模拟了温度、溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)、pH、扰动、微生物等环境因子对红枫湖底泥磷释放的影响。实验结果表明:(1)底泥磷的释放量随温度的升高而增大,5℃时底泥磷的释放通量为0.59mg·m-2·d-1;25℃和35℃时底泥磷的释放通量分别为1.25和3.68mg·m-2·d-1。(2)厌氧(DO2.0mg/L)条件下,底泥磷释放显著,释放通量在1.15~4.57mg·m-2·d-1之间;好氧(DO6.0mg/L)条件下,底泥磷的释放通量仅为0.82mg·m-2·d-1。(3)底泥磷的释放与上覆水pH值密切相关,且释放量随上覆水pH值的升高而增大,当pH=5.5和pH=7.5时,底泥磷的释放通量分别为1.15和1.25mg·m-2·d-1;当pH=9.5时,底泥磷的释放通量为4.57mg·m-2·d-1。(4)扰动条件下的底泥磷释放通量(2.62mg·m-2·d-1)明显大于静置条件下的底泥磷释放通量(1.25mg·m-2·d-1)。(5)微生物对底泥磷释放有明显影响,灭菌条件下的底泥磷释放量明显大于有微生物条件下的底泥磷释放量。综上所述,高温、厌氧、高pH值、强烈扰动均可促进红枫湖底泥磷的释放,微生物对底泥磷释放有明显抑制作用。基于红枫湖底泥磷释放模拟实验结果,计算了不同环境条件下红枫湖底泥磷的释放通量,在此基础上估算出红枫湖夏季热分层期间(6~9月)底泥磷释放量约为8.58t,占红枫湖水体总磷负荷(约28t)的30.6%,表明红枫湖底泥内源磷释放对水体磷负荷和富营养化有重要贡献,亟待开展底泥内源污染治理。     

底泥盐分释放对北塘水库水质咸化的影响

为研究南水北调通水后,水源改变及水库调度对底泥盐分释放的影响,2005年7月,取0～60 cm深度的北塘水库原状底泥样品,在实验室内模拟分析不同底泥含盐量、不同蓄水水质及水位变动和扰动条件下底泥氯化物释放规律.结果表明,底泥中Cl-含量为0.043%,释放强度为0.12g/m2·d,Cl-含量越高,释放强度越大.在底泥含盐量相同的条件下,蓄去离子水的底泥Cl-释放强度是蓄水库水的1.87倍.扰动状态下,底泥中的Cl-有5.0%～9.5%释放出来,高于静止状态的3.2%～5.6%.水库运行水位发生变化,将影响底泥盐分的释放.1.0m水深条件下Cl-的释放量是1.5m水深的5.8倍.水库四周地下水中Cl-浓度为8.0×103～4.2×104mg/L,远高于目前水库水的Cl-,浓度.因此,一定要避免水库在低于设计低水位和周边地下水水位的条件下运行,防止底泥盐分释放及地下水反向补给造成水库水质的咸化.     

巢湖底泥磷的释放模拟实验研究

在实验室条件下，模拟了DO控制、pH值调节、温度调节、水动力条件等，进行了底泥释磷实验。实验表明：（1）厌氧条件下，底泥中的磷向水体释放，且释放强度随pH值的升高而升高。好氧条件下，底泥非但没有向水体释放磷，反而从水体中吸附磷，呈“负释放”状态；且pH值越低，“负释放强度”越大。（2）温度升高有利于底泥中磷的释放，最大释放强度随温度的升高而提前。（3）搅动条件下的底泥磷释放量大于静置条件下的底泥磷释放量。（4）微生物对磷释放有明显的影响。从本次模拟实验结果看，体系温度升高、减少溶解氧、提高pH以及施以水动力作用，均可使底泥中的磷释放量增加，在常温（25℃）、厌氧、pH=7.5条件下，底泥中磷向水体的释放量将增加17％左右。     

底泥盐分释放对北塘水库水质成化的影响

为研究南水北调通水后,水源改变及水库调度对底泥盐分释放的影响,2005年7月,取0～60cm深度的北塘水库原状底泥样品,在实验室内模拟分析不同底泥含盐量、不同蓄水水质及水位变动和扰动条件下底泥氯化物释放规律。结果表明,底泥中Cl~-含量为0.043%,释放强度为0.12g/m~2·d,Cl~-含量越高,释放强度越大。在底泥含盐量相同的条件下,蓄去离子水的底泥Cl~-释放强度是蓄水库水的1.87倍。扰动状态下,底泥中的Cl~-有5.0%～9.5%释放出来,高于静止状态的3.2%～5.6%。水库运行水位发生变化,将影响底泥盐分的释放。1.0m水深条件下Cl~-的释放量是1.5m水深的5.8倍。水库四周地下水中Cl~-浓度为8.0×10~3～4.2×10~4mg/L,远高于目前水库水的Cl~-浓度。因此,一定要避免水库在低于设计低水位和周边地下水水位的条件下运行,防止底泥盐分释放及地下水反向补给造成水库水质的成化。     

松花江底泥沉积物中重金属释放影响因素的研究

以松花江哈尔滨段底泥沉积物为实验对象,研究松花江底泥沉积物中重金属的释放规律,使用循环槽(circulating flume)模拟松花江水力学条件,考察了重金属在上覆水和底泥中的沉积和释放。结果表明:松花江哈尔滨段底泥沉积物中重金属只有镉(Cd)超标,其它检测出重金属没有超标;随着温度升高,沉积物重金属溶出释放量也随之增加;重金属在酸性条件下的释放量明显高于碱性条件下的释放量;水体盐度升高,沉积物重金属的溶出释放也随之升高;水体扰动达到160 r/min时,重金属的释放达到最高值。     

环境条件变化对河流沉积物“三氮”释放的影响

以京杭运河某断面沉积物和上覆水为研究对象,利用室内模拟试验探讨了3种环境条件(温度,曝气复氧,pH值)变化对河道沉积物"三氮"释放的影响。结果表明:5℃时上覆水氨氮和硝态氮累积量高于25℃,25℃时上覆水亚硝态氮累积量高于5℃,冬季低温条件下沉积物氨氮和硝态氮释放对上覆水的影响不容忽视。曝气复氧能抑制沉积物氨氮的释放和加速硝化作用而消耗氨氮,并促进亚硝态氮和硝态氮的生成,但是复氧初期可能致使上覆水氨氮含量上升。pH值越低,上覆水氨氮累积量越大,1 d后pH 4条件下的底泥氨累积量为pH 10时的1.8倍,pH 7~8.5条件下上覆水亚硝态氮累积速度最快,硝态氮累积速率最低。     

底泥扰动对上覆水中磷形态分布的影响

通过室内试验模拟底泥受持续和间歇扰动的过程.探讨了扰动作用对上覆水中不同形态磷分布的影响.结果表明,持续扰动和间歇扰动显著促进了上覆水中的溶解态磷向底泥迁移.持续扰动与间歇扰动作用下,上覆水中溶解性无机磷(DIP)分别在第6h和第24h达到平衡状态,为0.014mg.L-1和0.015mg.L-1.显著低于对照试验(0.04mg.L-1);而溶解性总磷(DTP)则在第6h和第48h达到平衡状态,为0.047mg·L-1和0.045mg.L-1,显著低于对照试验(0.065mg.L-1).持续扰动促进了颗粒态磷(PC)的释放,扰动6h后,PP达到最大值(9.18mg·L-1).随后下降.第24h后,PP稳定在2.18mg·L-1左右;而间歇扰动作用下,第2h,PP达到最大值(2mg·L-1),随后下降,第96h后,PP稳定在0.093mg·L-1左右.扰动作用下,TP的变化规律与PP一致.与初始状态相比,持续扰动和间歇扰动作用下,DIP/DTP、DIP/TP、DTP/TP显著下降,而上述该值在对照试验中则基本保持不变,说明扰动导致的底泥再悬浮有利于降低上覆水中溶解态磷的含量.     

河流底泥中溶解性有机物的释放途径及影响因素研究

以沈阳市新开河底泥为研究对象,考察了河流底泥中溶解性有机物（DOM）的释放途径,并分析了时间、温度、pH值、底泥粒径、盐度和上覆水体中溶解性有机碳（DOC）浓度对河流底泥DOM释放的影响.此外,还研究了底泥释放对上覆水体中DOM的光谱学特性的影响.结果表明,对底泥DOM释放影响程度最高的是间隙水的混合作用,其次是底泥表层静态释放,而悬浮颗粒释放对底泥DOM释放的影响程度较小.底泥DOM的释放量随温度,pH值,底泥粒径,盐度的增大而增大.上覆水体DOC浓度较高时,DOM由上覆水体向底泥迁移.扰动作用能够影响底泥DOM的迁移.类富里酸荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质是底泥DOM中的主要荧光物质.河流底泥DOM向上覆水体释放的主要是激发波长分别为280~300nm和320~380nm的荧光物质.并且,扰动作用促进了荧光物质由底泥向上覆水体的释放.     

白洋淀夏季入淀区沉积物间隙水-上覆水水质特征及交换通量分析

为揭示白洋淀夏季入淀区上覆水-间隙水氮磷营养盐相互作用,本研究于2019年7月对白洋淀主要6条入淀河流取样,通过分析上覆水、间隙水水质特征以及营养盐在沉积物-水界面的扩散通量,评估了营养盐扩散对沉积物与上覆水的影响.结果表明白洋淀水质呈弱碱性;溶解氧（DO）含量较低,为沉积物内源污染物的释放提供了厌氧环境;氨氮（NH₄⁺-N）浓度在0.35~1.76mg·L^-1,作为主要给水来源的潴龙河淀区最高;硝氮（NO₃^--N）浓度在0.75~1.97mg·L^-1;溶解性总氮（TDN）浓度在0.99~2.70mg·L^-1,位于自然区的S2瀑河含量最高;溶解性总磷（TDP）浓度在0.03~0.15mg·L^-1,靠近居民区的白沟引河含量最高.间隙水氨氮浓度在5.24~10.64mg·L^-1,是上覆水体的10倍,内源污染严重;硝氮浓度在0.36~0.79mg·L^-1;溶解性总氮浓度在5.36~12.02mg·L^-1,是上覆水体的5倍;溶解性总磷浓度在0.03~0.3mg·L^-1.应用综合污染指数法对水质进行评价发现间隙水污染程度远高于上覆水,各采样点呈现出严重污染状态.对NH₄⁺-N、TDN和TDP进行交换通量分析显示,NH₄⁺-N的扩散通量在1.71~7.43mg·（m²·d）^-1,作为保定市纳污河流的府河采样点内源氨氮向上覆水扩散速率最快;TDN的扩散通量除白沟引河较低,其余5个采样点均值达到9.11mg·（m²·d）^-1,夏季水体中溶解氧含量较低且沉积物-水界面TDN浓度差较大,导致沉积物中含氮营养盐在厌氧条件下大量释放到上覆水中,对水质造成严重污染;萍河采样点TDP的扩散通量是负值表示上覆水体的磷污染物向沉积物聚集的状态,剩余5个采样点的扩散通量范围在0.03~0.16mg·（m²·d）^-1,表现出磷营养盐向上覆水释放的状态.扩散通量显示内源污染物是上覆水污染物的重要来源,为有效治理入淀区水质,沉积物氮磷营养盐的清淤处理迫在眉睫.     

扰动强度对太湖沉积物中磷释放及其形态转化的影响

通过室内试验模拟了太湖沉积物在不同扰动强度下的悬浮过程,研究了沉积物扰动强度对磷释放及其形态转化的影响.结果表明,较高扰动强度下(相当于太湖风速12 m.s-1),水体中不同形态磷(总磷、颗粒态磷、溶解性总磷)含量均高于较低扰动强度(相当于太湖风速8 m.s-1).其中,两者分别扰动1h后,总磷和颗粒态磷分别达到0.950 mg.L-1、0.384 mg.L-1和0.882 mg.L-1、0.328 mg.L-1,该水平保持到试验结束.然而,溶解性总磷则呈逐渐降低的趋势.这主要归因于悬浮物的吸附和微生物的快速利用.较高和较低扰动强度下,悬浮物上总磷(Tot-P)分别增加了10 mg.kg-1(平均值)和60 mg.kg-1(平均值).较高扰动强度下铁铝结合态磷的变化恰好说明了形态磷间存在转化趋势.因为铁铝结合态磷增加了85.7 mg.kg-1(平均值),明显高于Tot-P的实测值(10 mg.kg-1,平均值)和理论值(27 mg.kg-1,平均值),说明有其它形态磷转化成铁铝结合态磷.弱吸附态磷和钙结合态磷含量的降低正说明这一点.这显示在扰动状态下,不同形态磷之间至少发生了以水为媒介的间接性转化.     

杭州城市内河底泥磷污染与磷释放水力模拟

在分析杭州城市内河东新河底泥磷污染的基础上,采用加长型环形水槽动态模拟水体流速（0.002～0.02 m·s^-1）、上覆水质（水体总磷本底值分别为0.18、 0.072和0.007 mg·L^-1）及上覆水深（5、 10 cm）对底泥磷释放的影响,并定量分析了不同流速下底泥磷的释放速率.结果表明,东新河底泥的pH值、含水率、磷含量等理化性质有利于磷的释放.在动态水力条件下底泥磷主要以悬浮颗粒态形式向上覆水体释放.流速对底泥磷释放的影响较为显著,模型流速为0.008 m·s^-1（原型流速为0.05 m·s^-1）时对应底泥的“少量动”,此时底泥磷释放速率趋于最大,达147.36 g·(m²·h)^-1.上覆水质影响底泥磷的释放,尤其显著影响磷的初期释放,内河水较自来水更有利于底泥磷的释放,可能是由于内河水与底泥构成了良好的磷交换关系.在浅水水体中,上覆水深对底泥磷释放影响不大.因此,可以通过调节水力学条件和水质来抑制或强化河流底泥磷的释放.     

外源硫酸盐介入下沉积物磷释放、解磷微生物及磷酸酶活性的变化

人类生产活动导致湖泊水体硫酸盐浓度日益增加,硫酸盐与沉积物中磷之间的关系引起关注.该研究以武汉东湖水和沉积物为研究对象进行实验室模拟,研究为期近一年且温度变化的条件下外源硫酸盐对沉积物释磷及微生物的作用.结果表明,硫酸盐输入使沉积物pH和氧化还原电位(E h)总体呈降低趋势.外源硫酸盐促进了沉积物磷的释放,输入硫酸盐(S500)与对照(CK)之间的上覆水存在显著差异(p0.01),S500的上覆水中总磷浓度最高值达0.33 mg·L-1,为对照的2倍.湖泊沉积物中有机磷解磷菌的数量高于无机磷解磷菌,上层沉积物解磷菌的数量和沉积物总磷的含量之间呈负相关.S500的沉积物中磷酸二酯酶活性高于磷酸单酯酶活性,且不同分层沉积物磷酸单酯酶活性和磷酸二酯酶活性之间的正相关性达到显著水平.温度升高,磷酸酶的活性逐渐增强,促使沉积物内源磷释放量增加.     

排水管道沉淀物氮释放特性的研究

利用室内模拟的方法探讨了排水管道沉淀物在水土比、p H值、温度以及扰动这4个环境因子影响下的氮素转化规律.4个影响因子下的实验结果表明,沉淀物中氮素主要以氨氮的形式向上覆水中释放,各组上覆水中氨氮呈先升高后降低的两阶段变化趋势,在第4~6 d达到释放峰值,随后质量浓度逐渐下降,而总硝态氮的变化趋势与氨氮相反.4个影响因子中p H对氨氮释放的影响最大,其次为搅动、水土比,温度的影响最小,其中不同初始p H条件下氨氮的最大释放量从大到小排序为p H 6.3p H 8.0p H 9.6,释放量最大值分别为54.0、30.9、26.7 mg·L-1.实验中水土比越大,氨氮的释放量越大,在相同的速率下对上覆水搅动时间越长,氨氮的释放量越大.温度的升高促进了上覆水中的氨氮向硝态氮的转化,加快了上覆水中总氮质量浓度的下降.     

反复扰动下磷在沉积物和悬浮物以及上覆水间的交换

以太湖梅梁湾和月亮湾沉积物为研究对象,分析了沉积物反复扰动下磷在沉积物、悬浮物、上覆水间的交换规律.结果表明,反复扰动下,上覆水中TP和PP浓度降低;DTP则是在第8 d达到平衡浓度,分别稳定在0.019 mg·L-1(梅梁湾)和0.039 mg·L-1(月亮湾);DIP则发生了释放,随后降低,DIP的释放主要与沉积物中NH4Cl-P含量最大有关.第8 d达到平衡浓度,分别稳定在0.013 mg·L-1(梅梁湾)和0.028 mg·L-1(月亮湾).与上覆水中溶解氧的变化规律吻合.另外,扰动过程中梅梁湾上覆水DTP和DIP均明显高于月亮湾.由于扰动作用,悬浮物和沉积物上不同形态磷(NH4Cl-P、Fe/Al-P、HCl-P)数量分布发生明显变化.扰动过程中,梅梁湾悬浮物上NH4Cl-P、Fe/Al-P、HCl-P含量逐渐降低,而同一时间段上覆水中不同形态磷含量同样降低,但沉积物上NH4Cl-P、Fe/Al-P、HCl-P含量逐渐增加.尽管月亮湾的趋势不如梅梁湾显著,但总体趋势一致,暗示悬浮物在磷交换过程中所起的媒介作用.     

扰动对东平湖表层沉积物中氮磷释放的影响

采集东平湖表层沉积物,探讨了扰动对湖泊沉积物中营养盐释放的影响。结果表明,扰动导致的沉积物再悬浮并不会明显改变上覆水的酸碱环境,但是会促进易溶性阳离子的释放。扰动强度为25和50r/min时,沉积物中TN的累积释放量和释放速率均相近,没有明显的差异。但是,当扰动强度增大到100r/min时,与静态释放(即扰动强度为0r/min)相比,沉积物中TN的累积释放量和释放速率分别增加了5.02mg/kg和73.5%;与静态释放(即扰动强度为0r/min)相比,扰动强度为25r/min、50r/min和100r/min时,TP的累积释放量分别增加了0.185、0.263和0.320mg/kg,释放速率也比静态条件下明显增大,分别比静态条件增加了36.2%、41.7%和127.6%。TN和TP的释放量和释放速率均随着扰动强度的增大而呈显著增加的趋势,这表明扰动对沉积物中的TN和TP的释放均具有较大的影响。     

基于沉积物中总氮和总磷垂向分布与吸附解吸特征的白洋淀清淤深度

针对白洋淀清淤示范区2种主要水体类型：开阔淀和鱼塘,采用沉积物总氮（TN）和总磷（TP）的垂向分布拐点法和吸附解吸平衡浓度法,开展了清淤深度确定研究.根据沉积物TN和TP含量垂向分布拐点法与吸附解吸平衡浓度分别确定的清淤深度是一致的.南刘庄示范区淀水体清淤深度为（50±10）cm,南刘庄示范区鱼塘水体清淤深度为（30±10）cm,采蒲台示范区鱼塘水体清淤深度为（30±10）cm.沉积物对NH₄⁺-N吸附/解吸平衡浓度（ENC₀）与交换态NH₄⁺-N含量和TN含量显著正相关;沉积物对溶解态活性磷（SRP）吸附/解吸平衡浓度（EPC₀）与沉积物交换态SRP含量和TP显著正相关.沉积物TN和TP含量可以预测沉积物对上覆水体释放氮、磷的风险.南刘庄和采蒲台清淤示范区沉积物有向上覆水释放氮、磷的趋势,沉积物是水体营养的来源.建议判别清淤深度TN控制值为750mg·kg^-1、TP控制值为500mg·kg^-1,沉积物剖面TN含量大于750mg·kg^-1、TP含量大于500mg·kg^-1,可设计为清淤层.