扬水曝气器对水源水库水质改善及沉积物控制

研究了分层型深水水库(金盆水库)水体和沉积物的耗氧速率及沉积物原位释放状况,以及扬水曝气系统运行对水体和沉积物的原位改善效果.原位测定结果表明,金盆水库水体和沉积物耗氧速率处于较高水平分别为0.106~0.132mg/(L·d)和0.358~0.410mg/(L·d).在480h内,主库区沉积物Fe、TOC、TN和TP最大释放浓度达到2.3~2.7,4.4~5.2、3.0~3.3和0.165~0.224mg/L.扬水曝气系统运行时期,对作用区域水质和沉积物原位改善结果表明,水体中Fe、TOC、TN和TP浓度削减率分别达到78.6%、22.9%、47.8%和66.7%,其在沉积物中的浓度削减率分别为8.7%、17.4%、18.0%和17.4%.Biolog测定结果表明扬水曝气系统运行过程中,水体和表层沉积物的微生物活性都得到了增强.扬水曝气器系统是深水水库水质和沉积物原位改善的有效技术,且其现场应用已取得显著效果.     

白洋淀沉积物耗氧速率及氧亏效应研究

沉积物耗氧是影响水体溶解氧平衡的重要因素,受到沉积物有机质矿化的影响.本文采用柱培养法测定了白洋淀不同水文地貌分区和生境类型的表层沉积物耗氧速率(sediment oxygen demand,SOD),并基于地表水质量标准评估了白洋淀沉积物耗氧对水体产生的氧亏效应,探讨了白洋淀SOD与有机质(OM)的关系.结果表明,白...     

亚热带水库水质特征及沉积物内源污染研究

为探究沉积物内源污染对亚热带分层型水源水库（茜坑水库）夏季水质的影响,采用现场监测和室内模拟相结合的研究手段,于2020年5~9月对茜坑水库深水区水温、溶解氧、氮磷等进行了监测,并采用静态实验模拟法分析了茜坑水库沉积物的耗氧速率及沉积物中氮磷的释放通量.原位监测结果表明,5~9月,茜坑水库水温和溶解氧均处于分层状态,该时期水库底层水体溶解氧含量较低,为沉积物内源污染物的厌氧释放提供了条件;分层期底层水体氨氮和总磷浓度显著高于表层和中层（P<0.01）,相应的表层水体氨氮和总磷平均浓度分别为0.062mg/L和0.033mg/L,中层为0.058mg/L和0.037mg/L,底层为0.242mg/L和0.052mg/L.静态模拟实验结果表明,水体及沉积物耗氧均符合零级反应动力学模型（R²分别为0.987,0.989）,其中沉积物的耗氧速率处于较高水平,为1.03g/（m²·d）,约为水体的1.45倍;沉积物耗氧诱发等温层溶解氧降低并伴随沉积物内源污染释放,其中氨氮的释放极值为0.261mg/L,平均释放通量为7.36mg/（m²·d）,总磷的释放极值为0.108mg/L,平均释放通量为2.20mg/（m²·d）.内源氨氮和总磷的释放对水体贡献率分别可达27.98%和38.92%,沉积物氮磷释放对水库水质影响显著.     

珠三角感潮河口区耗氧速率及影响因素研究

珠江三角洲感潮河口区底层缺氧现象严重,为分析测算主要感潮河口区耗氧速率,识别沉积物耗氧速率(SOD)主要影响因素,系统布设了17个点位,于2021年10月底进行沉积物采样,在实验室分别测定了各点位的SOD值并分析了与有机质含量间的相关性,选取沙田泗盛、莲花山点位的沉积物为研究对象,研究了温度、上覆水流速、上覆水溶解氧对SOD的影响。结果表明,各点位沉积物的SOD值范围为1.143～5.480 g/(m²·d),沉积物SOD与有机质含量间无相关关系,沙田泗盛、墩头基、鸡啼门大桥3个点位的SOD值排名前三,SOD值随温度升高、流速增大、溶解氧浓度升高而增大。     

太湖流域典型河网水体氮磷负荷及迁移特征

对西太湖流域典型河道水体及沉积物氮磷含量进行分析,利用原柱样培养实验测定了沉积物-水界面氮磷交换通量及需氧量(SOD),并探讨他们之间的关系,结果表明:研究区域河道水体和沉积物氮磷总体含量水平较高,水体TN和TP平均含量分别为4.12mg/L和0.16mg/L,沉积物TN和TP平均含量分别为1658.76mg/kg和712.25mg/kg, NO₃^--N为水体无机氮的主要存在形态,NH₄⁺-N为沉积物无机氮的主要存在形态.沉积物需氧量(SOD)区域间差异较大,大体呈现西、南部区域较高,北部区域较低的特征;沉积物-水界面各无机氮磷交换通量分别为:NH₄⁺-N为-188.08~329.45mg/(m²·h),均值为13.05mg/(m²·h);NO₃^--N为-118.68~42.86mg/(m²·h),均值-28.09mg/(m²·h);NO₂^--N为-18.37~-4.81mg/(m²·h);均值-8.22mg/(m²·h);溶解性活性磷(SRP)为-10.94~10.58mg/(m²·h),均值1.34mg/(m²·h). NH₄⁺-N整体表现为由沉积物向上覆水释放,且与沉积物有机质(LOI)呈极显著正相关,SRP交换通量与沉积物中TP和TDP均显著正相关,表明NH₄⁺-N的释放与沉积物有机质的分解有关,SRP释放主要受沉积物TP和TDP影响.总体看,西部区域点位沉积物及水体氮磷污染最为严重,氮磷交换通量也较大,在区域内又表现为下游入湖口 > 上游的特征,表明人类活动对太湖流域典型河网氮磷水平及迁移转化特征影响较大.     

水体氧动态对氮磷地球化学行为的影响

底层水体氧动态直接制约着许多与底栖生物的生物、生态行为息息相关的生物地球化学过程. 高分辨率(垂向分辨率为3 mm)的原位采样技术能精确地获取ρ(PO₄3--P)和ρ(NH₄+-N)在沉积物-水界面微环境的分布特征,这对准确掌握营养盐在该区域发生的独特的生物地球化学过程至关重要. 研究表明,连续曝氮气或空气下,孔隙水中ρ(NH₄+-N)显著提高,升温使该效应进一步增强. 在常温下,曝空气沉积物孔隙水中ρ(PO₄3--P)显著下降,曝氮气则无显著影响;但厌氧条件下升温至35 ℃时ρ(PO₄3--P)显著增加. 在低氧和厌氧时,PO₄3--P从沉积物向水体的扩散速率(以P计)为10.41~25.85 mg/(m2·d);但底层DO充足或CaO₂添加剂量为5 g/m2致ρ(DO)呈过饱和状态时,PO₄3--P释放速率从0.07 mg/(m2·d)进一步降至-17.20 mg/(m2·d),说明随着ρ(DO)的升高,PO₄3--P有进一步削减的潜力. PO₄3--P在界面处的释放强度显著依赖于氧气和温度的动态. 总体来看,DO充足时,NH₄+-N和PO₄3--P的地球化学循环过程表现为从上覆水向沉积物吸附固定;当升温或缺氧时,这一过程可能被抑制甚至发生逆转.      

硬毛藻生长对水体和沉积物中碱性磷酸酶活性及磷含量的影响

为研究水体与沉积物中APA(碱性磷酸酶活性)与磷含量的相互关系,于山东省荣成天鹅湖藻类暴发区采集丝状硬毛藻和表层沉积物,进行室内模拟试验,分析了藻类生长过程中水体和沉积物中APA、磷含量、藻体生物量及磷富集量的动态变化. 结果表明:①试验初期(0~3 d),水体中ρ(TP)较高,无沉积物组各处理水体总APA变化不大,有沉积物组有所下降. 1周后,除ρ(TP)为2.00 mg/L处理外,其余处理水体ρ(SRP)(SRP为可溶性磷)降至较低水平(0~0.06 mg/L);水体总APA增加,其中无沉积物组低磷(0~0.20 mg/L)处理下APA变幅为6.02~18.32 μmol/(L·h),远高于相同初始ρ(TP)的有沉积物处理. ②与初始值相比,试验结束时低磷处理沉积物中各形态磷含量下降,APA升高. ③不同初始ρ(TP)条件下,藻体生物量相差很大,试验结束时藻体磷富集量与初始ρ(TP)呈显著正相关(P<0.05). 研究显示,硬毛藻生长可大量吸收水体中的磷,从而诱导水体中总APA增加,试验中期(4~12 d)低磷处理中AP(碱性磷酸酶)以颗粒态为主,而高磷(0.50~2.00 mg/L)处理中溶解态APA较高;另一方面,藻类生长使沉积物中APA升高,并加大了水-土界面磷的浓度梯度,从而可促进沉积物中可还原态磷和铁锰结合态磷向上覆水体释放.      

苏州河网区河道上覆水与底泥中氮素形态分布特征

以苏州河网区河道为研究对象,分布式采集10个采样点,分析水质状况和底泥中氮素形态与含量及其剖面分布,以探讨上覆水和底泥中各形态氮的相关性. 结果表明:上覆水中ρ(总氮),ρ(总磷)及ρ(COD_Cr)均超标,水质呈弱碱性,ρ(硝态氮)(1.10～2.39 mg/L)均高于ρ(铵态氮)(0.30～1.70 mg/L),80%的采样点水质为劣Ⅴ类,水质污染严重,且以氮污染为主;底泥中w(总氮)为2.78～6.30 g/kg,其随沉积深度的增加而减少,说明河道污染负荷有逐年加重的趋势;底泥中w(铵态氮)为37.2～228.0 mg/kg,其随沉积深度的增加而增加,说明铵态氮的沉积量在逐年减少;底泥中w(硝态氮)为13.1～69.4 mg/kg,其在各点的剖面变化趋势不尽相同,这可能与河道水体流动性较大有关. 相关性分析和空间关系分析显示,虽然上覆水中各形态氮含量和底泥表层中各形态氮含量点位对应的关系不显著,但在空间上存在一定的关联性,即由于水体的流动性,使得底泥到上覆水的氮含量高值区有从东向西迁移的趋势.      

分层型水源水库沉积物需氧量特性

为探明分层型水源水库沉积物需氧量(SOD)特性及其影响因素,选取西安金盆水库主库区上覆水体流速较低的库心区及流速较高的入库口两处沉积物进行对比实验,估算水体不同扰动条件下沉积物需氧量,利用Biolog-Eco平板和三维荧光光谱(EMMs)技术从底栖微生物群落代谢活性和沉积物有机质两方面对取样点沉积物需氧量的差异性进行分析.结果表明,静止条件下,入库与库心沉积物在较高溶解氧时(约5 mg·L-1)的沉积物面积需氧量SOD5area分别为0.13 g·(m2·d)-1和0.36g·(m2·d)-1,库心约为入库的2.69倍.动态条件下,沉积物-水界面上覆水扰动增加使沉积物需氧量增加,沉积物耗氧动力学由一阶动力学方程逐渐向零阶动力学方程转变.入库与库心沉积物有机质含量分别为44.43 mg·g-1和45.12 mg·g-1,库心沉积物的可溶解性有机质(DOM)的总荧光强度约为入库的1.5倍.有机质含量更高的库心沉积物细菌群落代谢活性(以AWCD表征)更强,表明高含量有机质和较强细菌代谢活性是引起库心沉积物需氧量大的主要因素.将深层水库水体耗氧过程的研究结果与现有充氧曝气技术进行结合,可为提高曝气器充氧效率提供科学依据.     

淀山湖沉积物-水界面氮磷通量及其生态环境效应研究

底泥营养盐释放对淀山湖湖区造成的内源污染不容忽视.采用室外采样和室内模拟实验方法,对春夏两季淀山湖沉积物-水界面氮磷释放速率进行了研究.结果表明春季氨氮、硝态氮、可溶磷的的通量变化范围分别为-692.79~315.82 mg/(m2?h)、-19.04~5.29 mg/(m2?h)和-1.35~2.31 mg/(m2?h),平均值分别为76.65 mg/(m2?h)、-3.29 mg/(m2?h)和0.64 mg/(m2?h).夏季三者变化范围分别为-74.15~91.91 mg/(m2?h)、-70.71 mg/(m2?h)~8.65 mg/(m2?h)和-10.02~18.86 mg/(m2?h),平均值为4.85 mg/(m2?h)、-42.16 mg/(m2?h)和9.47 mg/(m2?h).淀山湖区春夏两季总氮(TN)、总磷(TP)的交换总量分别为-1769.22 t,1539.40 t,淀山湖底泥可以有效去除上覆水体氮负荷,但却是水体磷的释放源.     

香溪河沉积物-水界面的营养盐交换特征

为研究香溪河库湾沉积物-水界面的营养盐交换特征,于2016年6月采集香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水样品,分析不同形态氮、磷的空间分布特征并进行相关性分析,计算沉积物-水界面氮、磷的释放通量.结果表明:香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ（TP）的变化范围分别为0.484~0.927和0.511~2.220 mg/L,ρ（TN）的变化范围分别为0.739~4.302和3.571~14.011 mg/L;上覆水和沉积物间隙水中氮、磷质量浓度在沿程和垂向上具有一定的变化规律,上游区域沉积物间隙水中氮、磷质量浓度大于下游区域,沉积物间隙水中氮、磷质量浓度明显大于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为PO₄3--P和NH₄+-N的"源",中下游区域沉积物表现为NO₃--N的"源",而中上游区域表现为NO₃--N的"汇";PO₄3--P的释放通量范围为0.129~0.339 mg/（m2·d）,NH₄+-N的释放通量范围为0.213~1.415 mg/（m2·d）,NO₃--N的释放通量范围为-1.109~3.446 mg/（m2·d）.研究显示,上覆水的环境条件对于沉积物-水界面营养盐交换存在一定的影响,但影响程度各有不同.      

滇池沉积物氮内源负荷特征及影响因素

研究了滇池沉积物间隙水氮浓度垂向分布特征,根据Fick扩散定律定量估算了沉积物-水界面氮扩散通量,并探讨了其影响因素.结果表明:滇池沉积物间隙水溶解性总氮(DTN)主要以氨态氮(NH4+-N)形式存在,占其总量的72.30%,其浓度随深度增加而升高;其次为溶解性有机氮(DON),占其总量的24.59%,其浓度随深度的增加先升高后降低,最后趋于稳定;硝态氮(NO3--N)所占比例较低,浓度随深度的增加而降低.滇池沉积物-水界面NH4+-N扩散通量分布范围为12.73~59.74mg/(m2·d)[均值30.18mg/(m2·d)],全湖年均氨氮释放量为3305.04t,其中草海、外海北部、东北部及南部湖区扩散通量较大,达35mg/(m2·d),全湖呈由北向南逐渐降低的空间分布特征;全湖年均DON释放量为1147.55t,其全湖分布特征与氨氮一致;NO3--N扩散通量分布范围为-2.70~0.27mg/(m2·d)[均值-0.50mg/(m2·d)],总体表现为由上覆水向沉积物扩散.与我国其他湖泊相比,滇池具有较大沉积物氮内负荷,其沉积物-水界面NH4+-N扩散通量较高,对湖泊水体氨氮浓度贡献较大,且其与沉积物总氮、有机质、可交换态氮和可交换态氨氮含量呈显著正相关,即滇池沉积物NH4+-N释放主要受其可交换态氮,特别是可交换态中氨氮含量影响;同时,滇池沉积物DON潜在释放风险也较大,且与沉积物C/N有关.     

上覆水中碳氮浓度对黄河沉积物反硝化速率的影响

通过室内培养测定泥水界面N₂通量,研究了黄河沉积物的反硝化速率,分析了沉积物反硝化速率与上覆水碳、氮浓度和耗氧速率的响应关系。结果表明,对照处理（CK）平均反硝化速率为14.81±9.43 μg N/m2/h。碳、氮添加处理中,N1（4.5 mg N/L）和C1（2.4 mg C/L）沉积物反硝化速率最高,均值分别为21.99±12.45和24.33±14.38 μg N/m2/h。理论上,NO₃-N和溶解性有机碳添加浓度分别为9.8和4.0 mg/L时沉积物反硝化作用最大,且反硝化作用的最佳碳氮比为2.3。不同碳、氮水平上沉积物反硝化速率与耗氧速率的响应关系并不一致。低碳氮水平下反硝化速率与耗氧速率显著正相关;低碳、高氮水平下反硝化速率与耗氧速率不相关;而高碳、低氮水平下反硝化速率则与耗氧速率显著负相关。     

洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征

为研究洪湖沉积物污染特征及内源营养盐释放规律,在不同季节对洪湖13个沉积物采样点进行调查,并利用柱状沉积物采样器原位采集沉积物开展静态模拟释放试验. 结果表明:①洪湖沉积物有机质、总氮和总磷含量的平均值分别为19%、4 407.4 mg/kg和1421.0 mg/kg,内源污染严重;②洪湖沉积物污染可能是水体中氮磷营养盐的重要来源之一,在5 d的静态释放模拟试验中,夏季上覆水中总氮和总磷平均浓度分别升高1.467和0.042 mg/L,冬季分别升高0.224和0.036 mg/L;③洪湖沉积物中氮磷的释放表现出显著的时空差异,夏季洪湖沉积物总氮、总磷的平均释放速率分别为133.9和4.0 mg/(m2·d),冬季分别为32.1和3.4 mg/(m2·d);④根据试验结果估算,洪湖沉积物氮的释放潜力为3 500~14 000 t/a,磷的释放潜力为350~400 t/a. 研究显示,在控制流域外源污染输入和减少湖区面源污染的同时,应从根本上改善洪湖水质并重塑洪湖湿地生态系统结构与功能,在科学指导下采取远近结合的方式分区域在洪湖开展受污染沉积物的修复工作.      

富氧-缺氧过程对氧气分布及交换过程影响

为考察底层水体不同的氧动态对水土界面氧气交换过程影响,采用Unisence的微电极测试系统考察底层水体不同的复氧-缺氧环境(物理微曝空气供氧、添加过氧化剂的化学供氧及物理微曝氮气)中,沉积物-水界面氧气的分布及其传输机制,并评估不同富氧与厌氧过程对表层沉积物有机碳的矿化过程的影响.结果表明水体处极度厌氧状况,控制溶解氧分布和交换的水底扩散边界层(DBL)厚度明显变薄(一般在0.2~0.4mm)且溶解氧衰变相对较缓.但底层水体溶解氧丰富甚至处于过饱和状态, DBL层的厚度(一般在0.4~0.7mm)相对较厚且氧气变化迅速 (P<0.05).增加水体氧气供给的条件下,水体与沉积物间溶解氧交换过程加快,溶解氧交换通量由(4.87±0.92)增加至(5.31±0.66 )及(17.14±3.15 ) mmol O2/(m2·d)交换速率,最高提升252%,温度升高氧气交换速率可增加15%,温度效应明显.     

2013年秋末黄渤海海水中胞外酶活性水平和垂直变化

于2013年11月6~23日对黄渤海进行了现场调查研究,对42个大面站以及A7、E7两个垂直站位进行了采样及环境参数的测定,研究了该海域海水中的9种胞外酶活性的水平及垂直变化.结果表明:秋末黄渤海表层海水中,9种胞外酶的平均活性由高到低排列为碱性磷酸酶[77.31nmol/(L·h)]>脂肪酶[23.59nmol/(L·h)]>β-D-葡萄糖苷酶[3.87nmol/(L·h)]>木糖苷酶[2.63nmol/(L·h)]>α-D-葡萄糖苷酶[1.58nmol/(L·h)]≈纤维素酶[1.47nmol/(L·h)]≈几丁质酶[1.29nmol/(L·h)]>肽酶[1.09nmol/(L·h)]>β-D-半乳糖苷酶[0.74nmol/(L·h)];表层海水9种胞外酶的活性大都呈现出黄海大于渤海,即南高北低的变化规律;表层海水中的β-D-葡萄糖苷酶活性和纤维素酶活性与温度呈现弱的正相关(P0.05);A7和E7两个站位的胞外酶活性的垂直分布显示不同胞外酶的活性在不同水深有明显的差异,基本表现为表层、10m和30m的活性高于50m、75m和底层的活性.     

白塔堡河上覆水与沉积物间隙水N、P分布特征

为研究河流沉积物与间隙水间营养盐的迁移规律,采集白塔堡河干流平水期上覆水和沉积物间隙水样品,分析N、P分布特征,计算沉积物-水界面N、P扩散通量,并对上覆水与间隙水中营养盐含量进行回归分析. 结果表明:上覆水和间隙水中ρ(TN)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均为农村带河段最低,城镇带和城市带河段较高. N、P的主要来源,农村带河段为农村灰水和面源污染,城镇带河段为生活污水和工业园排水,城市带河段为城市生活污水和工业废水. 间隙水中各营养盐质量浓度基本上都高于上覆水,空间分布趋势相似. NH₃-N、NO₂--N、NO₃--N和PO₄3--P在沉积物-水界面的平均扩散通量分别为0.429、0.134、0.080和0.143μmol/(m2·d),表明沉积物是上覆水重要的N、P源. 表层沉积物间隙水与上覆水中的ρ(NH₃-N)(R2=0.874,P=0.0002)和ρ(PO₄3--P)(R2=0.704,P=0.0005)均呈极显著相关,ρ(NO₂--N)呈显著相关(R2=0.501,P=0.0020),ρ(NO₃--N)的相关性(R2=0.353,P=0.0150)不显著,说明白塔堡河沉积物间隙水中的N主要以NH₃-N形态向上覆水中扩散;而间隙水中的P主要以PO₄3--P形态向上覆水中扩散.