金盆水库沉积物铁锰释放规律

针对分层型水库周期性厌氧问题,金盆水库利用人工强制混合充氧技术补充底部水体溶解氧,抑制沉积物中还原性污染物的释放.但受水库地形地貌的影响,人工强制混合充氧效率存在一定差异性,在曝气系统运行结束后部分较深区域上覆水体溶解氧迅速耗竭,导致污染物的再次释放.为探究铁锰在该条件下的释放规律及扩散强度,选取主库区代表性采样点,对沉积物间隙水及上覆水溶解态铁锰浓度分布进行测定,并计算沉积物-水界面处溶解态铁锰的扩散通量.结果表明,人工强制混合充氧结束后地势较低区域底部水体迅速进入厌氧状态,导致大量溶解态锰释放进入上覆水体,浓度最高达0.42mg·L~(-1);而地势较高区域底部水体短暂进入缺氧状态,之后溶解氧浓度迅速回升,因此底部溶解态锰浓度升高幅度较小,浓度最高为0.17mg·L~(-1).沉积物间隙水-上覆水铁锰浓度分布结果表明,由于铁锰氧化还原电位的差异,溶解态锰相较于铁在厌氧条件下更容易释放进入上覆水体,且不断在表层沉积物及上覆水体中积聚,而溶解态铁的释放不仅受溶解氧的抑制,还受锰氧化物等其他氧化剂的抑制.由扩散通量计算可知,人工强制混合充氧结束后溶解态锰的扩散通量有降低趋势.由质量平衡计算可知,溶解态锰在厌氧层中的积聚不仅与扩散通量有关,还与沉降通量、厌氧层厚度有关,因此厌氧层中铁锰的生物地球化学循环作用有待进一步的研究.     

海水养殖底泥中外源汞甲基化及生物响应研究

本文选择沙蚕作为底栖生物,通过模拟海水养殖环境,研究在外源汞（Hg （NO₃）₂）胁迫下,沙蚕对汞（Hg）的甲基化和甲基汞（MeHg）的富集,以及沙蚕的生物应激响应.结果表明,海水养殖区沙蚕一方面自身具有将汞转化为MeHg的能力,同时沙蚕扰动会促进沉积物中Hg的甲基化,沙蚕扰动沉积物中MeHg的含量为无扰动沉积物中的1.93倍.随着外源汞含量和暴露时间的增加,沙蚕对MeHg的富集量逐渐增加,而富集速率逐渐降低.沙蚕体内MeHg富集含量为0.007~0.079mg/kg,占沙蚕体内总汞（THg）含量的31.20%~86.90%.与无机Hg相比,MeHg会对沙蚕造成更大的氧化压力,具有更强的生物毒性.沙蚕的SOD,CAT活性和GSH,MDA含量与暴露时间及含量有显著相关性.当沉积物中外源汞输入含量超过0.5mg/kg,沙蚕抗氧化应激系统将超过防御极限.     

再悬浮过程中河流底泥PAHs的迁移与释放

利用再悬浮模拟(particle entrainment simulator,PES)装置模拟了河流底泥在受到上层扰动力后的再悬浮过程.结果表明,沉积物性质如粒径组成及PAHs含量对沉积物再悬浮过程中PAHs的释放影响显著.再悬浮过程中上覆水体总悬浮颗粒物(total suspended solids,TSS)含量与颗粒态PAHs之间存在极显著相关关系.切应力对再悬浮过程中PAHs释放的影响体现在两方面.一方面,单位体积的颗粒态PAHs随切应力增大而增大;另一方面,悬浮颗粒上PAHs的富集效应随切应力增大而减弱,是由于切应力强烈导致吸附作用弱的大颗粒进入水体.上覆水体中的PAHs总量在一段时间上升后于120 min或240min趋于稳定,而颗粒态与溶解态之间具有良好响应.高低环PAHs释放行为差异显著,由于中高环PAHs的疏水性,上覆水体中检测到的多为3~4环个体.     

沉积物中吸附态菲的解吸与微生物降解的相互作用

从长江武汉段采集4个沉积物样品,向样品中添加菲后采用XAD-2大孔树脂模拟研究沉积物中吸附态菲的非生物解吸过程,并且利用从长江水样中分离纯化的菲降解菌进行吸附态菲的生物降解试验,比较吸附态菲的生物降解和非生物解吸过程.结果表明,菲的非生物解吸大致可分为快速、慢速和极慢速解吸3个阶段.在慢速解吸阶段,生物条件下沉积相菲浓度降低速率是其非生物解吸速率的1.9-4.0倍.微生物加速了菲从沉积物中的释放过程.微生物的活性影响沉积物中吸附态菲的微生物可利用性,在降解后期通过向体系添加微生物和营养盐,在保持微生物活性的条件下,生物降解时菲的固相残留值远小于非生物解吸条件下菲的固相残留值.吸附态菲的平均生物降解速率约为其解吸速率的1.2倍,且沉积物中与黑炭结合的菲也能部分被微生物利用.由此说明,沉积物中吸附态菲的解吸过程并不完全限制其微生物降解,微生物能够部分利用沉积物中较难解吸的吸附态菲.     

生物扰动对沉积物中污染物迁移转化影响的研究进展

生物扰动可以改变沉积物的理化性质和生物地球化学作用,从而促进或减弱污染物从沉积物向水中的释放,而沉积物中污染物的迁移转化规律对于指导环境修复以及评价污染物的潜在风险均大有裨益。本文介绍了生物扰动的定义,并综述了近年来关于生物扰动对沉积物中污染物迁移转化影响方面的研究。     

海洋沉积物中石油类污染物的释放研究

沉积物中石油类污染物的释放过程受到海洋水动力、环境因素、海床沉积物特性及生物扰动等条件的影响,引发的二次污染作用周期长,而且对水体环境、沿海娱乐活动及海洋生物的各项生理活动都会造成影响。为加深对该释放过程的认识,本文阐述了海洋沉积物中石油类污染物的释放机理,重点分析了海床液化失稳对该过程的影响机制,总结了石油类污染物释...     

摇蚊幼虫与霍甫水丝蚓扰动对河流沉积物中氮、磷、氧释放的影响

定量研究河床沉积物中的生物扰动对污染物的影响效应,对于维护河流健康具有重要的理论指导作用.基于室内实验模拟摇蚊和霍甫水丝蚓对河床沉积物的扰动过程,研究两种生物扰动作用对沉积物中氮、磷释放以及生物扰动对上覆水中溶解氧的影响.在相同的沉积物环境中分别放入单一物种,实验结果显示,相对于空白组,摇蚊幼虫组的上覆水中氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为2.32、0.787、0.105 mg·L-1,霍甫水丝蚓组的氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为0.72、0.462、0.063 mg·L-1,表明摇蚊幼虫和霍甫水丝蚓的扰动作用均能促进沉积物中氨氮、总氮、总磷向上覆水中的释放,且摇蚊幼虫对污染物释放的作用效果比水丝蚓更明显;当摇蚊幼虫和水丝蚓混合放入后,摇蚊幼虫对沉积物中氨氮、总氮、总磷释放起主要促进作用;在混合实验组(摇蚊23条,霍甫水丝蚓47条)中,氨氮、总氮、总磷的平均净增量均低于单一物种的摇蚊组和水丝蚓组,表明在该组中,摇蚊幼虫和霍甫水丝蚓在沉积物中共同扰动作用对氮、磷释放的促进效果减弱;对上覆水中溶解氧浓度而言,摇蚊所占比例越高,溶解氧浓度就越低,且上覆水中的溶解氧浓度变化,会影响生物扰动对沉积物氮、磷释放的效果.     

颤蚓生物扰动对沉积物氮释放的影响

通过实验室模拟沉积物中颤蚓生物扰动过程,研究了生物扰动对沉积物TN释放的影响,并探讨了温度、pH和DO对颤蚓生物扰动作用下TN释放过程的影响.结果表明,颤蚓生物扰动能促进沉积物TN释放,且促进效果随颤蚓密度的增加而提高.适当地提高温度有助于颤蚓快速生长,提高生物扰动对TN释放的促进效果,温度由15℃提高到25℃,上覆水...     

菲律宾蛤仔养殖对胶州湾沉积物-水界面生源要素迁移的影响

通过培养实验测定了菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)DIN和PO34-的排泄率和生物扰动作用对胶州湾沉积物-水界面营养盐交换通量的影响,探讨了菲律宾蛤仔养殖对沉积物-水界面生源要素迁移的影响.研究表明,菲律宾蛤仔能够排泄DIN和PO34-,但其生物扰动能够改变沉积物中生物地球化学过程,减少排泄物中的DIN和PO34-向水体释放.在生物扰动作用下,菲律宾蛤仔排泄的DIN和PO34-中,仅有37%(DIN)和34%(PO34--P)最终释放到水体中.在考虑生物扰动作用的影响后,养殖菲律宾蛤仔每年从水体滤除的生源要素中仅有19%的氮和17%的磷以无机营养盐形态完成再生过程返回到水层中,其余部分以渔获量、生物难于利用形态或埋藏的沉积颗粒形态从水层中清除.菲律宾蛤仔生物扰动条件下沉积物向水层释放Si∶N∶P的速率比约为5∶18∶1,其中Si∶N和Si∶P比远低于菲律宾蛤仔从水体中滤除的颗粒物.因此菲律宾蛤仔养殖能够加速生物硅沉积,加剧胶州湾水体中Si限制.     

蠡湖沉积物不同形态氮赋存特征及其释放潜力

为了揭示蠡湖沉积物中氮对上覆水体的影响,采用连续分级提取法研究了各形态氮的空间分布特征;根据Fick第一扩散定律及相关性分析识别了潜在生物可利用性氮对沉积物氮释放的影响;同时,结合室内矿化实验,评估了有机氮的矿化潜力及其主要来源.结果表明:沉积物w(TN)均值为1417.97mg/kg,东蠡湖明显高于西蠡湖,TN主要存在形式为HN(酸解态氮),w(HTN)占w(TN)的平均比例为66.5%.沉积物NH_4~+-N释放通量为1.93-20.88mg/(m~2·d),主要受F-NH_4~+-N(游离态NH_4~+-N)和E-NH_4~+-N(可交换态NH_4~+-N)的影响.沉积物氮平均矿化势为248.55mg/kg,F-ON(游离态有机氮)和AAN(酸解氨基酸态氮)是可矿化态有机氮最有效的贡献者,直接影响沉积物向上覆水体释放氮的能力.     

摇蚊幼虫与霍普水丝蚓扰动对河流沉积物中氮、磷、氧释放的影响

定量研究河床沉积物中的生物扰动对污染物的影响效应,对于维护河流健康具有重要的理论指导作用.基于室内实验模拟摇蚊和霍普水丝蚓对河床沉积物的扰动过程,研究两种生物扰动作用对沉积物中氮、磷释放以及生物扰动对上覆水中溶解氧的影响.在相同的沉积物环境中分别放入单一物种,实验结果显示,相对于空白组,摇蚊幼虫组的上覆水中氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为2.32、0.787、0.105 mg · L^-1,霍普水丝蚓组的氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为0.72、0.462、0.063 mg · L^-1,表明摇蚊幼虫和霍普水丝蚓的扰动作用均能促进沉积物中氨氮、总氮、总磷向上覆水中的释放,且摇蚊幼虫对污染物释放的作用效果比水丝蚓更明显;当摇蚊幼虫和水丝蚓混合放入后,摇蚊幼虫对沉积物中氨氮、总氮、总磷释放起主要促进作用;在混合实验组(摇蚊23条,霍普水丝蚓47条)中,氨氮、总氮、总磷的平均净增量均低于单一物种的摇蚊组和水丝蚓组,表明在该组中,摇蚊幼虫和霍普水丝蚓在沉积物中共同扰动作用对氮、磷释放的促进效果减弱;对上覆水中溶解氧浓度而言,摇蚊所占比例越高,溶解氧浓度就越低,且上覆水中的溶解氧浓度变化,会影响生物扰动对沉积物氮、磷释放的效果.     

螺-草水质净化系统氮素环境归趋的实验研究

通过构建螺-草模拟系统并利用稳定同位素示踪技术研究池塘螺-草水质净化系统中氮素的环境归趋,结果表明,以底泥为基质的螺-草系统中,实验结束后苦草湿重增加了580%,分株数增加了6.6株,苦草根部吸收储存了1.07%的15N,苦草茎叶吸收储存了7.74%的15N,环棱螺吸收储存较少,只占0.06%,底泥滞留了5.73%的15N.结果分析表明：螺-草水质净化系统中苦草对水体中溶解态氮的吸收较少,沉积物是苦草生长的主要营养源;水体中氨氮主要通过沉积物-水界面进行迁移转化,大部分被苦草根系吸收利用转化为生物体,少部分通过硝化/反硝化作用去除,其余则滞留于沉积物;苦草是系统中氮素去除的最终载体,环棱螺的存在通过促进苦草生长及加强泥-水界面硝化和反硝化作用来加快系统中氮素的去除.因此,在养殖的不同阶段合理配置螺-草结构是整个养殖过程中水质调控的关键.     

Relationship between heavy metals and dissolved organic matter released from sediment by bioturbation/bioirrigation

Organic matter (OM) is an important component of sediment. Bioturbation/bioirrigation can remobilize OM and heavy metals that were previously buried in the sediment. The remobilization of buried organic matter, thallium (Tl), cadmium (Cd), copper (Cu) and zinc (Zn) from sediment was studied in a laboratory experiment with three organisms: tubificid, chironomid larvae and loach. Results showed that bioturbation/bioirrigation promoted the release of dissolved organic matter (DOM) and dissolved Tl, Cd, Cu and Zn, but only dissolved Zn concentrations decreased with exposure time in overlying water. The presence of organisms altered the compositions of DOM released from sediment, considerably increasing the percentage of fulvic acid-like materials (FA) and humic acid-like materials (HA). In addition, bioturbation/bioirrigation accelerated the growth and reproduction of bacteria to enhance the proportion of soluble microbial byproduct-like materials (SMP). The DOM was divided into five regions in the three-dimensional excitation emission matrix (3D-EEM), and each part had different correlation with the dissolved heavy metal concentrations. Dissolved Cu had the best correlation with each of the DOM compositions, indicating that Cu in the sediment was in the organic-bound form. Furthermore, the organism type and heavy metal characteristics both played a role in influencing the remobilization of heavy metal.     

岩溶地区水体沉积物对铜在不同类型上覆水中迁移的影响

为研究岩溶地区河流湖库在底泥疏浚前后水体沉积物对外源性重金属污染物环境行为的影响,以重金属铜为例模拟沉积物存在或缺失条件下重金属在岩溶地区常见水体中的迁移试验,结果表明:在富碳酸氢盐水(supercarbonate-rich water, SCRW)、富营养化水(eutrophic water, ETW)、对照(去离子水,de-ionized water, DIW)3种上覆水体与水体沉积物存在或缺失构成的6个系统中,沉积物的有无对铜从上覆水中迁出量具有显著影响,表现为[沉积物+DIW]>[SCRW]>[沉积物+ETW]>[沉积物+SCRW]>[ETW]>[DIW].使用Langmuir扩展方程对浓度-时间函数进行拟合后考察其一阶导数研究沉积物对重金属迁出速率的影响,结果表明:不同的[沉积物+上覆水]系统对铜的迁移速率的影响存在明显差异,具体表现为:在0~1.8 h内, 铜在[沉积物+SCRW]系统中的迁出速率最高,在1.8~42 h内,铜在[沉积物+DIW]中的迁出速率最高,在42 h后各个系统中的迁出速率均较低不具有显著性差异(p>0.05),直至240 h均保持稳定.说明在外来重金属的输入没有得到有效控制的情况下,沉积物的存在可使水体对外来重金属具有更好的缓冲能力且可有效加快上覆水中重金属(铜)初期(0~48 h)的迁出速率,因此现有的岩溶地区水体沉积物疏浚工程环境风险评价体系需要进行修正.     

水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究

超声波辐射能够破坏蓝藻气囊,在水处理工艺中达到强化蓝藻混凝沉淀的效果.然而不适当的超声处理会进一步破坏蓝藻细胞,导致胞内毒素大量释放,加重水质污染负荷.本研究为获得水质安全的超声波强化混凝沉淀蓝藻水处理方法,采用频率40~120 k Hz的超声波辐射蓝藻水,考察处理后蓝藻混凝沉淀去除效果及藻毒素释放情况.结果表明,频率68~120 k Hz、能量密度59.1~186.4 W·L-1的静态超声波作用10~15 s后进行混凝沉淀,藻类去除率达98%以上,且频率越高效果越好;然而各频率静态超声波作用5 s以上均会导致藻细胞内藻毒素释放.采用内衬吸声棉及动态超声方式,频率120 k Hz、能量密度38.5~196.6 W·L-1超声波作用7.5~30 s后,可避免胞内藻毒素释放,且能去除水中溶解性藻毒素18.7%~30.7%,混凝沉淀后藻类去除率97.0%以上,其它有机物也降低.     

菲在沉积物上的吸附-解吸研究

采用批量实验的方法,研究了盐度对菲在沉积物上的吸附的影响以及菲的初始浓度、沉积物结构性质改变、盐度对菲解吸的影响,并深入讨论了不可逆吸附的机制.结果表明,提高盐度促进菲的吸附,促进程度与沉积物所含有机质（SOM）有关.由菲吸附增加计算得到的盐常数0.299 L·mol^-1高于由菲溶解度降低计算得到的盐常数0.125 L·mol^-1.菲的解吸具有不同程度的迟滞性,实验数据用Freundlich方程拟合,解吸迟滞性用热力学指数TII表征.随着菲初始加入浓度增加,TII值先降低后又增加,以淡水中菲的解吸为例,随着菲初始浓度由0.5 mg·L^-1增加到2.5 mg·L^-1,TII值先由0.80降到0.38又增加到0.55,表明解吸迟滞性呈先下降后增加的趋势.氢氧化钠处理后的沉积物与原沉积物相比解吸迟滞性减弱,TII值由0.55降到0.33,说明对菲的锁定能力变弱.首次报道了盐度对菲解吸的迟滞性影响,结果表明,菲的解吸迟滞性指数TII值由淡水中的0.55减少到盐水中的0.42,说明盐水中菲解吸迟滞性比淡水中弱,解吸迟滞性的变化可以用菲分布到的吸附点位能量高低不同以及菲分子是否能够锁定在吸附剂内部微孔来解释.     

溶解性有机质对菲在沉积物上吸附与解吸性能的影响

采集了北京通州凉水河(标记为L)以及广东东江流域(标记为D)的沉积物,并进行菲(Phe)的连续吸附-解吸实验,研究了不同含量及组成的溶解性有机质(DOMs)对其吸附与解吸性能的影响.结果表明,DOMs能明显抑制菲在沉积物上的吸附,在实验浓度范围内(0~110mg/L),菲在沉积物上的吸附量与DOC浓度呈显著的负线性相关,并且DOC浓度越高,对吸附作用的抑制越显著.在溶解性有机质存在条件下,菲在2种沉积物上的吸附均呈线性吸附特征,kd值随加入沉积物浸出液DOC浓度的减小呈增大的趋势.菲在2种沉积物上的解吸过程均呈现一定的迟滞性,其解吸迟滞性可用热力学指数TII来描述.随着菲初始浓度的增加,TII值先减小后增加,其变化可以用吸附在高低位点上的菲分子比例以及菲分子是否能够被禁锢在吸附剂微孔内部来加以解释;溶解性有机质的存在,能促进菲从沉积物上的解吸,从而使菲的解吸滞后性减弱, 增强其在水环境介质中的迁移与传输能力.     

多重扰动对湖泊内源磷迁移转化的影响

为了阐明多重扰动因素对内源磷迁移转化的影响,以太湖梅梁湾沉积物为研究对象,借助Rhizon间隙水采样技术、Unisense微电极系统等技术,研究了扰动下泥水两相间溶解氧、不同形态磷、铁离子等变化规律.结果表明,与对照实验相比,河蚬的出现致使沉积物内部溶解氧含量降低.扰动致使间隙水中DIP的峰值区域由3~4 cm迁移至4~5 cm,暗示了摇蚊幼虫和河蚬的引入使得DIP再生的"活跃区域"更深入泥层.并且,河蚬和藻类的出现进一步降低了间隙水中DIP的含量,其主要来源于NH_4Cl-P的释放,去向为上覆水和形成Fe/Al-P.随着扰动因素的增加,NH_4Cl-P转化为Fe/Al-P的比重也逐渐增加(由44%增至59%).     

Impact of different benthic animals on phosphorus dynamics across the sediment-water interface

As a diagenetic progress, bioturbation influences solute exchange across the sediment-water interface (SWI). Different benthic animals have various mechanical activities in sediment, thereby they may have different effects on solute exchange across the SWI. This laboratory study examined the impacts of different benthic animals on phosphorus dynamics across the SWI. Tubificid worms and Chironomidae larvae were introduced as model organisms which, based on their mechanical activities, belong to upward-conveyors and gallery-diffusers, respectively. The microcosm simulation study was carried out with a continuous flow culture system, and all sediment, water, and worms and larvae specimens were sampled from Taihu Lake, China. To compare their bioturbation effects, the same biomass (17.1 g wet weight (ww)/m2) was adopted for worms and larvae.Worms altered no oxygen penetration depth in sediment, while larvae increased the O2 penetration depth, compared to the control treatment. Their emergence also enhanced sediment O2 uptake. The oxidation of ferrous iron in pore water produced ferric iron oxyhydroxides that adsorbed soluble reactive phosphorus (SRP) from the overlying water and pore water. Larvae built obviously oxidized tubes with about 2 mm diameter and the maximum length of 6 cm in sediment, and significantly decreased ferrous iron and SRP in the pore water compared to the control and worms treatments. Worms constructed no visually-oxidized galleries in the sediment in contrast to larvae, and they did not significantly alter SRP in the pore water relative to the control treatment. The adsorption of ferric iron oxyhydroxides to SRP caused by worms and larvae inhibited SRP release from sediment. Comparatively, worms inhibited more SRP release than larvae based on the same biomass, as they successively renewed the ferric iron oxyhydroxides rich oxidation layer through their deposition.     

基于逸度方法评价巢湖流域PAHs在水体-沉积物间扩散过程

沉积物是污染物的一个重要汇区,同时亦可作为二次污染源释放污染物,因此,研究污染物在沉积物-水体界面的扩散过程对认识污染物的环境归趋及其迁移扩散具有重要意义.先前的研究结果表明,巢湖流域沉积物中高浓度多环芳烃(PAHs)来源于历史上工业废水排放,并且整个流域呈显著的空间差异性,但上层水体中PAHs浓度较为均匀.因此,有理由假设这些污染物在巢湖流域水体-沉积物间扩散交换呈明显的空间差异:即受工业废水污染的沉积物可能成为水体中PAHs的二次污染源,而其它区域沉积物则可能是这些污染物的重要汇.然而对于这些问题的研究目前仍然处于空白.本研究利用49个采样点的数据,通过逸度扩散模型,分别计算水体和沉积物中17种PAHs的逸度(f),并进一步计算它们的逸度分数(ff)值,依此全面认识这些污染物在水体-沉积物间的扩散趋势.结果显示,PAHs的ff值随环数增大而减小,即环数越高的PAHs越倾向于从水体向沉积物扩散.其中,低环(2~3环)PAHs和五环苝(Per)的ff均值都大于0.9,表示其从沉积物向上层水体扩散.多数采样点中、高环(4~6环)PAHs的ff值介于0.1~0.9,表示处于交换平衡,但受工业影响区域则呈现从沉积物向水体扩散的趋势.以Per和苯并[g,h,j]苝(BghiP)为例深入讨论了两种不同来源PAHs在巢湖流域水体-沉积物间扩散的差异性.对于Per而言,ff值空间差异较小,其普遍从沉积物向水体释放,说明沉积物-水体间扩散过程是上层水体中自然来源Per的重要来源.对于BghiP而言,ff值存在明显的空间差异性,受工业污染严重的地区,PAHs更易于从沉积物向水体扩散,而其它区域,BghiP则普遍处于平衡态甚至从水体向沉积物汇集.碳黑能促使PAHs向沉积物扩散,对PAHs的扩散有重要影响,且对高环(5~6环)PAHs扩散的影响更明显.当沉积物中碳黑含量为有机碳含量10%时,巢湖流域一半以上区域的PAHs扩散方向发生了改变.