硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖联用控制底泥中磷释放的效果及机制

通过底泥培养实验,研究了硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖联用控制底泥中磷释放的效果及机制.结果发现,在缺氧条件下,底泥中磷会先释放出来进入间隙水中,而后穿越底泥-水界面扩散进入上覆水中,导致上覆水中溶解态活性磷(SRP)和薄膜扩散梯度(DGT)有效态磷浓度较高.但是,联合使用硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖可有效控制底泥中磷释...     

静止和水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响

通过底泥培养实验,并采用磷形态分级提取方法对底泥进行分析,研究了静止和水动力扰动这2种状态下锆改性沸石添加对不同深度处底泥中磷迁移和形态转化的影响.结果表明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均不仅降低了上覆水中溶解态活性磷(SRP)质量浓度,而且降低了不同深度处间隙水中SRP的质量浓度,并且还降低了底泥-上覆水界面SRP扩散通量.此外,当不存在和存在水动力扰动作用时,向表层底泥(0～10 mm)中添加锆改性沸石,不仅促使添加层中氧化还原敏感态磷(BD-P)和盐酸提取态磷(HCl~-P)向金属氧化物结合态磷(Na OH-rP)和残渣态磷(Res-P)极大转变,降低了添加层中潜在可移动态磷(Mobile-P)含量,而且还降低了添加层下方底泥(10～20 mm)中Mobile-P含量.与静止状态相比,水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响规律存在一定的差异.水动力扰动虽然可以增强锆改性沸石添加对表层底泥间隙水中SRP的钝化效果,以及对底泥-上覆水界面SRP扩散通量的削减效应,但是却会略微降低锆改性沸石添加控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率.表层底泥中潜在可移动态磷含量、不同深度处间隙水中SRP的质量浓度以及底泥-水界面SRP扩散通量的下降,对于锆改性沸石改良技术控制底泥磷向上覆水体释放至关重要.以上结果说明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均可以有效地控制河道底泥中磷向上覆水体的释放.     

河蚬(Corbicula fluminea)扰动对湖泊沉积物性质及磷迁移的影响

为探讨河蚬(Corbicula fluminea)扰动对湖泊沉积物性质及磷在沉积物-水界面迁移转化过程,以太湖西岸富营养化湖区大浦口为对象,开展室内培养实验,利用Rhizon间隙水采集器获取实时间隙水,测定溶解活性磷(soluble reactive phosphorus,SRP)在沉积物-水界面通量、分析沉积物基本性...     

巢湖沉积物有效磷的原位高分辨分析研究

将两种原位被动采样技术——高分辨平衡式间隙水(HR-Peeper)与氧化锆薄膜梯度扩散技术(Zr-oxide DGT)相结合,分别对巢湖西半湖7个点位溶解态反应性磷(cPW)和有效磷(cDGT)进行原位测定分析,cPW和cDGT在大部分沉积物剖面的分布相似或局部相似,说明不同深度沉积物固相有效磷组分对间隙水SRP的缓冲能力较接近.利用界面扩散通量和cDGT/cPW比值(R)表征沉积物磷的活性,从巢湖湖心向南淝河入湖口方向,界面以下6 mm的cPW、cDGT和扩散通量的变化基本一致,均呈递增趋势,表明沉积物磷的污染水平在增加;R值变化较小,说明沉积物界面处的缓冲能力差异不明显.     

Assessing high resolution oxidation-reduction potential and soluble reactive phosphorus variation across vertical sediments and water layers in Xinghu Lake: A novel laboratory approach

To understand the transfer process of soluble reactive phosphorus (SRP) on the lake sediment-water interface in a mesotrophic shallow lake in South China, the SRP concentrations and the oxidation-reduction potential (ORP) across the sediment-water interfaces were continually monitored. Sediment samples were collected from Xinghu Lake in Guangdong Province. The ORP dynamics at di erent layers of overlying water was similar for six experimental systems, whereas those in porewater were significantly di erent. The ORP in overlying water was 200–300 mV higher than those in sediments. The oxygen penetration depth ranged from 2 to 10 mm in Xiannu Lake sediments. The variation amplitudes of ORP increased with sediment depth, but the mean ORP values were all about 218 mV. The SRP concentrations in porewater maintained at a low level of about 0.049 mg/L because of high atom ratio of total iron and total manganese to total phosphorus. The SRP concentrations and variation amplitudes in porewater increased with sediment depth. The SRP in overlying water mainly originated from SRP transference of the porewater of middle and bottom sediments (3–15 cm). The ORP variation and SRP transfer in porewater played important roles in changing SRP concentrations. A distinct SRP concentration gradient appeared in overlying water when intense exchange occurred at the sediment-water interface; therefore, it was necessary to monitor the SRP concentration profiles to accurately estimate the internal loading.     

河蚬扰动沉积物界面效应及其在水中代谢速率

采用室内培养实验,研究了河蚬扰动对沉积物耗氧速率与营养盐通量的影响及河蚬在水中的呼吸与排泄速率.结果表明,河蚬增大了沉积物耗氧速率与溶解活性磷(SRP)、NH4+、NO3-向上覆水释放通量.河蚬在沉积物-水系统中产生NO3-速率与其在水中产生NO3-速率不存在显著差异.而河蚬在水中呼吸速率是其在沉积物-水中所产生净耗氧速率的4.3倍,河蚬在水中排泄SRP、NH4+速率分别为其在沉积物-水中所产生净SRP、NH4+释放速率的7.3倍与20倍.这些显著差异可能是由于河蚬在水中与沉积物中的活动形态不同.     

不同扰动下外源磷在形态磷间的分布规律

研究了3种扰动方式对外源磷在上覆水、间隙水、底泥中的数量分布的影响,并分析了内源磷形态间的转化过程.结果表明,与对照实验相比,物理扰动能促进上覆水中磷向底泥迁移,并高于生物扰动和组合扰动的促进作用,并且,三者均高于对照实验.这可归因于溶解氧的渗入.物理扰动能降低间隙水中DIP的平均含量,相比对照实验降低了12.13%(第6 d和第10 d平均值),但降低程度不如生物扰动(38.63%)和组合扰动(50.79%).3种扰动均能促进Fe/Al-P和Ca-P的形成,其中,物理扰动下Fe/Al-P和Ca-P平均形成量最大,物理扰动下AAP含量一直在减小,暗示物理扰动明显促进了AAP向闭蓄态的Fe/Al-P或者Ca-P转化.     

天然红土与苦草联合控制沉积物中磷释放

运用天然红土和苦草（RS+VS）的原位联合修复技术,探究单一及联合修复对污染底泥磷去除的影响.结果表明,RS与VS联合对沉积物P的去除能力高于两者单一修复,在37d的批量实验中,覆盖RS+VS组沉积物释放到上覆水中的磷被抑制了91%,与无覆盖RS+VS组的底泥释放磷相比,上覆水中溶解态活性磷（SRP）从1.41mg/L降至0.12mg/L.RS+VS联合修复对沉积物磷的固定作用显著,将不稳定的亚铁磷（Fe （II）-P）和铁铝结合磷（CDB-P）转变成惰性的钙磷（Ca-P）,沉积物中的Ca-P含量增加了51%,Fe （II）-P,CDB-P分别降低了1%和24%,有效降低了底泥磷释放到上覆水的风险.综上,RS+VS联合可以应用于处理富营养化水域的内部磷负荷,实现两者协同去除沉积物磷,同时RS和VS两者价廉且广泛分布可作为一种潜在高效益的磷酸盐吸附剂应用于实际工程中.     

表流湖滨湿地磷素汇-源功能研究

对抚仙湖马料河湖滨湿地基质进行了室内静态模拟,计算了基质-水界面磷平衡浓度(EPCo),确定湿地基质是充当溶解性活性磷(SRP)的源项或是汇项功能.此外,结合野外监测试验,即在静态实验期间对湿地进出口处水体的SRP浓度及流量进行了连续测定,对静态实验结果进行了验证.野外监测结果表明,基质是作为SRP源项还是汇项,在很大程度上取决于进水流量及进水磷浓度.在暴雨情况下,由于雨水的稀释作用,出水SRP浓度低于进水浓度;当进水量较小时,则取决于进水SRP浓度.进水SRP浓度高于磷平衡浓度,即作为汇项;进水SRP浓度低于磷平衡浓度,即作为源项.用一个简单的模型预测了基质-水界面系统的相互作用及SRP转换过程.该模型中假设基质表层以上10cm为水-土界面层,SRP释放或吸附均在这个边界层进行.预测结果表明,基质-水完全混合时,基质无论是吸附或释放磷速率都很大,大部分SRP通量迁移转换都在1h之内完成;界面系统基质磷释放/吸附主要受控于基质-水界面处EPCo和上覆水SRP浓度梯度.     

底栖藻对水丝蚓生物扰动效应的抑制研究

霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)是富营养化湖泊中的底栖动物优势种,通过生物扰动可以提高水体营养盐浓度,并促进浮游植物生长.富营养浅水湖泊经生态修复后,水体透明度会得到改善,有利于底栖藻快速生长,从而降低水体营养盐水平.那么,底栖藻能否抑制水丝蚓对富营养水体水质的不良影响?为此,本文开展了双因素(底栖藻和水丝蚓)的室外受控实验,结果表明:在无底栖藻处理中,水丝蚓显著提高了水体总氮(TN)、总磷(TP)、总溶解磷(TDP)和叶绿素a(Chl-a)浓度,同时显著降低水体溶解氧(DO)浓度;而在有底栖藻处理中,水丝蚓对水体TP、DO及Chl-a浓度的影响不显著.研究结果表明,水丝蚓的生物扰动提高了水体营养盐和浮游植物浓度,促进水体富营养化.但底栖藻群落的发展能在一定程度上抑制水丝蚓的生物扰动效应.     

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.     

骆马湖泥-水界面磷铁硫原位同步变化特征

利用薄膜梯度扩散（DGT）原位采样装置获取了骆马湖全湖8个典型湖区泥-水界面（SWI）活性磷（P）、铁（Fe）、硫（S）垂向分布信息，据此定量估算三者交换通量.结果表明，骆马湖沉积物剖面P、Fe、S浓度范围分别为0~2.05，0~11.10和0.01~0.63mg/L，并在微小尺度呈高度空间异质性.在水平方向上活性P、Fe主要表现为西北湖区高于东南湖区，而活性S则未表现出明显的分布规律；就垂直剖面而言，活性P、Fe、S自界面向下呈升高趋势，并在60mm深度内出现峰值，且活性P和Fe剖面呈明显的同步变化特征；活性P、Fe在多数点位具有显著的正相关性（r>0.65，P<0.01），且各采样点沉积物中的总铁与总磷比值[w（∑Fe）/w（∑P）]均高于15，这表明Fe的地球化学循环过程对于骆马湖内源磷释放起重要控制作用；8个采样点样品中活性P、Fe、S交换通量分别为0.066~0.698，1.671~5.592和0.007~0.071mg/（m²·d），表明P、Fe、S由沉积物向水体释放.西北湖区表现出较高的P通量和活性P浓度，这可能会增加南水北调过程中水质污染的风险，应予以重视.以上结果支持了P、Fe耦合释放机制，明确了骆马湖SWI的活性P、Fe、S迁移特征.     

覆盖材料对洱海不同湖区沉积物溶解态有机磷和无机磷释放影响及差异

通过模拟实验探讨了4种覆盖材料对洱海不同湖区沉积物溶解态总磷（DTP）、溶解态有机磷（DOP）和溶解态无机磷（SRP）释放影响及差异.结果表明：①与无覆盖对照相比,覆盖材料通过改变洱海沉积物pH和Eh及溶解性有机质（DOM）特征,降低了沉积物DTP最大释放量,其中,覆盖氧化铁对洱海北部和南部沉积物DTP释放控制效果较好,与无覆盖对照相比,释放量分别减少了44.3%和35.71%;而覆盖氧化铝对中部湖区沉积物DTP释放控制效果较好,与无覆盖对照相比,释放量减少了29.6%.②覆盖铁铝氧化物对洱海不同湖区沉积物SRP和DOP释放量影响差异明显,北部湖区沉积物覆盖氧化铁后,SRP和DOP释放量分别降低了35.6%和36.2%,主要是因为其降低了沉积物pH和Eh,而增加了DOM活性所致;中部湖区沉积物覆盖氧化铝后,SRP和DOP释放量分别降低了28.9%和31.6%,与氧化铝促进了该湖区DOM活性密切相关;南部湖区沉积物覆盖氧化铁后,沉积物SRP和DOP释放量分别降低了47.4%和16.5%,则与覆盖氧化铁降低了该湖区沉积物pH和Eh有关.因此,如选择覆盖材料控制洱海不同湖区沉积物磷释放,北部和南部湖区应选择覆盖氧化铁,而中部湖区应选取氧化铝作为覆盖材料.     

电动脱除孔隙水削减底泥内源磷的效果研究

选择污染严重的底泥为研究对象,采用基于孔隙水脱除的电动修复装置,进行了底泥脱水排磷实验,探究了电动脱除孔隙水的底泥减磷效果,分析了底泥各形态磷在电动脱除孔隙水中的迁移转化过程.结果表明：电动脱水过程中阴极总脱水量为5740mL,远大于阳极（2121mL）,但脱水中总磷浓度为阳极大于阴极,80%以上的磷从阳极排出,电迁移在电动脱水排磷中起主要作用,通电使排磷总量增加了70%以上,其中在0.25V/cm的电压梯度下修复18d的条件下,排磷量最大;电动脱水排磷效率在通电48h内达到最高[0.73mg/（kW·h）],随后急剧减小;经过电动脱水排磷后,底泥含水率下降了14.07%,底泥总磷降幅最高可达231.92mg/kg,底泥中交换态磷（Ex-P）、铁结合态磷（Fe-P）、闭蓄态磷（Oc-P）、钙结合态磷（Ca-P）平均脱除率分别为80.01%、14.75%、40.65%和19.22%,其中阳极酸化导致氧化铁的溶解和Ca-P的释放,故阳极附近Oc-P、Ca-P降幅较大,而阴极碱化使Fe-P释放,故阴极附近Fe-P降幅较大.经计算可知,通过电动脱除孔隙水,底泥中生物可利用性磷（Ex-P+Fe/Al-P）平均下降了14.12%,底泥内源磷释放的风险得以降低.     

Potential influence of overwintering benthic algae on water quality

Overwintering benthic algae not only directly impact drinking water safety, but also affect the algae recruitment in warm spring seasons. Thus, understanding the characteristics of overwintering benthic algae can provide scientific references for formulating preventative strategies of reasonable water resource. However, they have received less attention. In this study, the spatiotemporal variation of benthic algae and their harmful secondary metabolites were studied from autumn to summer in Qing...     

颤蚓扰动作用对铅镉在沉积物-水相中迁移的影响

采用实验室模拟的方法,研究颤蚓的扰动对松花江上游沉积物中Pb、Cd迁移过程的影响,并分析了Pb、Cd在生物体内的富集过程.结果表明,生物扰动带来的悬浮作用造成沉积物中Pb和Cd的释放,被释放的Pb和Cd主要吸附在悬浮颗粒中,在颤蚓体内的富集并不明显;而添加Pb后,颤蚓体内Pb浓度随时间延长明显增加,主要与颤蚓的新陈代谢方式有关.在没有生物扰动的处理中,显著增加的Pb主要集中在表层,而有生物扰动的处理中,在不同深度沉积物中均有增加.生物的扰动不仅显著增加了水中Pb和Cd浓度,而且促进水相中的Pb向沉积物深层的扩散.     

物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和形态转化的协同作用

为探讨物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和形态转化的协同作用,选取了苏州某富营养化河道为研究对象.利用室内静态培养试验和Rhizon间隙水采样技术,着重对比了单纯的摇蚊幼虫扰动和组合扰动下,上覆水、间隙水、沉积物中磷形态数量分布的变化规律.结果表明,组合扰动下,上覆水中不同形态磷含量(TP、PP、DTP、DIP)均处于较高水平,明显高于摇蚊幼虫扰动.这可归因于微生物活性的显著增加.与摇蚊幼虫扰动相比,组合扰动下,间隙水中DIP和Fe2+浓度的降低幅度和降低范围明显更大.这主要是由于物理扰动和底栖生物扰动产生的叠加效应,导致溶解氧渗透深度增加.另外,0~2 cm沉积物中,NH4Cl-P含量明显降低,Fe/Al-P明显增加,并且,NH4Cl-P和Fe/Al-P的变化幅度均在组合扰动下最大.这暗示了物理扰动和底栖生物扰动对磷再生和迁移产生的叠加效应.     

Field assessment of metal and sulfate fluxes during flooding of pre-oxidized mine tailings

This paper presents a field experiment performed at the Mattabi mine tailings site near Ignace, Ontario, Canada, to assess the evolution of water chemistry over flooded sulfide mine tailings. The tailings had oxidized for approximately 10 years prior to flooding. The experiment involved the construction of a 70 m² test cell and a monitoring program that extended over more than 2 years. Metal and sulfate fluxes towards the water cover were calculated using measured solute concentrations, water cover volumes, and seepage rates. Results indicate that directly flooding pre-oxidized tailings can initially lead to the release of metals and sulfate to the water cover. However, dilution of the water cover by rain and snowmelt, flushing of the oxidation products by infiltration into the tailings, and removal of some metals by precipitation and sorption progressively reduced concentrations in the water cover below regulatory discharge limits. Because the tailings pore water was rich in ferrous iron, a thin layer of hydrous ferric oxide precipitated on the surface of the tailings, following the establishment of the water cover. The precipitate is believed to have removed zinc from the water cover through sorption or co-precipitation reactions.     

铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用机制研究

本文研究铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用机制,旨在为富营养化池塘、水库调控和治理提供理论指导。采用化学方法合成铁氧化物并对其进行表征,研究铁氧化物对磷的吸附特性和铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用。结果表明铁氧化物的物相组成与自然界土壤和底泥中铁氧化物存在形态相似;铁氧化物对磷的吸附属于专性吸附,吸附等温曲线符合Langmuir方程。在含铁氧化物的BG11培养基中培养铜绿微囊藻,铁氧化物对磷的吸附导致培养液中总磷（TP）和水溶性磷（SWP）浓度降低,抑制铜绿微囊藻的生长。铜绿微囊藻在含吸附磷的铁氧化物而无磷的BG11培养基（4.02 < pH < 10.05）中能够正常生长,藻生长导致溶液pH升高是诱导铁氧化物解吸磷的主要因素,铜绿微囊藻光合作用释放的氧气可以抑制三价铁向二价铁的转化。针对铜绿微囊藻诱导铁氧化物释放磷并被其吸收的机制,要控制富营养化水体蓝藻爆发,除控制外源磷输入外,应该抑制底泥中铁磷释放,或通过藻细胞的收集和移除来降低底泥中铁氧化物的磷负荷。     

扰动状态下pH值对内源磷生物有效性的影响

为了阐明底泥扰动状态下pH值对内源磷生物有效性的影响机制,以富营养化河流的底泥和上覆水为材料,通过实验室试验模拟了不同初始pH值条件下,底泥扰动对上覆水中溶解性磷酸盐(SRP)和底泥中生物有效磷(BAP)含量的影响。结果表明,底泥扰动显著降低了上覆水中SRP含量,其去除率随着初始pH值升高而降低。去除率从大到小依次排序为,pH5>pH7>pH9.5.SRP的去除与较低初始pH值条件下生成的非晶型铁氧化物有关。基于不同形态磷的迁移活性,采用NH4Cl-P+%BD-P(非闭蓄态Fe-P)+NaOH-nrP估算BAP是合理的.由此计算可知,BAP占总磷(Tot-P)的百分比随着初始pH值升高而降低。不同初始pH值条件下,BAP占Tot-P的百分比为33.36%(3种初始pH值条件下的平均值),该值远小于通过传统方法计算的BAP含量占Tot-P的百分比(平均为85.04%)。但由于2种方法中计算的BAP占Tot-P的百分比的变化趋势恰好相反,其与藻类可利用磷的变化密切相关。