太湖草型湖区沉积物再悬浮对水体营养盐的影响

再悬浮过程中沉积物对水体营养盐的内源贡献是湖泊,特别是浅水湖泊富营养化研究中的重要问题.采用原位沉积物柱样和原状上覆水的Y型扰动装置,被用来研究常规风情下太湖草型湖区沉积物的再悬浮和沉降过程对水体营养盐负荷的影响.结果表明,小风和中风的再悬浮过程导致水体氨氮和磷酸根磷含量显著下降,单位面积水柱含量最大变化量分别为-0.140 g·m-2和-1.59 mg·m-2;大风条件下,水体氨氮含量下降幅度很小,磷酸盐则出现明显增加趋势,最大增量为0.81mg·m-2.再悬浮过程之后的沉降过程中,中、小风条件的水体氨氮含量变小,大风条件的含量没有明显变化.磷酸根磷含量在中、小风条件下与风浪前差别较小,大风条件的含量则明显增大,最大增量为1.36 mg·m-2.因此,沉积物的再悬浮过程和沉降过程对上覆水体的营养盐动态负荷都产生重要影响.与太湖无植被湖区的研究结果对比说明,水生植物的存在对风浪作用下沉积物与上覆水的物质交换有一定的抑制作用.     

长江中下游与云南高原湖泊沉积物磷形态及内源磷负荷

为揭示长江中下游与云南高原湖泊沉积物磷形态及沉积物-水界面磷负荷特征,探讨其区域差异性及主要影响因素,分析了区域内9个湖泊100个沉积物样品总磷(TP)及不同形态磷含量,比较了不同湖泊沉积物-水界面磷负荷.结果表明,云南高原湖泊沉积物ω(TP)为(1256±621)mg/kg,高于长江中下游湖泊[(601±76)mg/kg];前者沉积物磷形态以钙结合态磷(HCl-P)为主,主要受水土流失等影响,湖泊较高的矿化度易于磷埋藏,且沉积物有机质含量较高,减缓了磷的移动能力,其沉积物-水界面磷负荷为0.17~1.07mg/(m2·d),对湖泊富营养的贡献较小;而长江中下游湖区湖泊沉积物磷形态以可还原态磷(BD-P)等形态为主,主要由面源及浮游植物生长调控,其中可移动磷(Mobile-P,除残渣态磷(Res-P)和HCl-P以外的所有形态磷之和)相对含量占ω(TP)的60.60%,约为云南高原湖泊的2倍,其沉积物-水界面磷负荷为0.002~1.32mg/(m2·d),对湖泊富营养化贡献较大.由此可见,长江中下游湖区湖泊应该加强流域面源污染等外源治理,修复退化水生植被,而在云南高原湖泊则应重点加强流域水土流失治理,施行农田最佳施肥等措施.     

不同溶解氧条件下沉积物-水体系磷循环

磷是控制富营养化水平和水环境演变的关键元素.沉积物-间隙水体系是影响近海水体磷循环的主要界面,而上覆水溶解氧（DO）则是影响这一界面磷转化行为和界面通量的控制因子.针对近海环境特征,利用沉积物多管培养装置进行室内实验和动力学过程研究,探讨了DO变化对沉积物-间隙水体系磷的赋存形态、转化和释放的影响.结果表明,上覆水DO变化对沉积物-水界面溶解态活性磷酸盐（DRP）交换通量有显著的影响,低氧条件下沉积物具有较富氧和无氧更高的DRP交换通量;富氧条件下沉积物中总磷在表层富集量最高,具有较高的保存能力,低氧和无氧状态下沉积物对磷的保存能力降低;低氧条件下沉积物中铁结合磷的还原溶解和有机质的矿化是水体的主要磷源.在不同DO条件下,磷的转换呈现出差异化的特征,其中低氧状态下沉积物-水界面的变化和理想的早期成岩模式最为接近.可见,溶解氧对沉积物-间隙水体系磷的释放和转化有着显著的影响,是控制磷循环的重要因素.     

Phosphorus removal by the multipond system sediments receiving agricultural drainage in a headstream watershed

Wetland systems in headstream watersheds are important to control the nonpoint source pollutant phosphorus. Experiments were conducted using intact sediment-water columns obtained from the multipond system in Liuchahe watershed of Chaohu Lake to determine its capacity to retain P. It was found that pond sediments had strong P retention ability. For the Hill pond, Village pond and Rice pond, their retention coefficient(A) were 288.3, 279.2 and 260.8 L/m^2, respectively. The equilibrium P concentration(EPCw) were 0.016, 0.028 and 0.018 mg/L, respectively. The Hill pond indicated the highest P retention ability. P retained in the pond sediments indicated high stable degree. P removal from the overlying water column into the pond sediments followed a first-order kinetic model. Under the experimental hydrological conditions, the retention time had a positive correlation with the P loading. The multipond system could provide enough retention time to retain P in drainage runoffs. At the P levels evaluated, the sediments of the multipond system are effective sinks to retain P from nonpoint source runoffs.     

北江水体镉沉降影响因素及容量计算研究

以珠江流域北江水体-沉积物中重金属镉综合沉降行为作为研究对象。文章通过总结前人研究成果,综合分析认为沉积物中镉的吸附-释放主要影响因素为沉积物特性、水体文水动力条件和水体物理化学性质变化;对重金属影响因素研究可知沉积物对重金属具有决定性作用,而镉在水体中的综合沉降系数的意义则区别于其它降解性污染物,采用1(/d·m)2作为综合沉降系数k的表达形式,可以充分反映河床表面积的作用,并且应有正负之分;结合实测数据对镉综合沉降系数的计算,得到北江干流段综合沉降系数为0.0049~0.0570d-1;在此基础上采用两种方法计算北江水体重金属环境容量,得到北江长度约202km的河段镉的天然环境容量为24.8~26.3kg/d;最后对深入研究方向提出展望。     

周庄水体内源磷负荷释放规律及其稳定性研究

以周庄河道内源磷负荷为对象，通过实验室模拟，研究了上覆水pH值，溶解氧及环境温度对内源磷释放的影响。结果表明，pH值5．0-9．5，上覆水中的磷浓度随pH值的升高而增加；在不同溶解氧释放条件下，缺氧促进内源磷的释放，好氧抑制磷释放，其抑制能力和pH值相关。pH值7．0～9．5，好氧的抑制效果明显：在好氧的条件下。高的溶解氧会增加磷的释放；温度和上覆水中总磷平衡浓度的对数呈正线性关系。采用Golterman分类提取方法，对不同释放条件下各形态内源磷的稳定性进行了考察。     

黄海麻坑群沉积物磷的保存与转化及环境效应

基于对北黄海典型麻坑群海域某单位麻坑内部和外缘沉积物中不同赋存形态的磷、甲烷（CH₄）和硫化物等参数的分析,探讨了麻坑独特的环境中磷的转化与埋藏机制、沉积物-水体系磷的释放及对区域磷循环的影响.研究表明,沉积物中碎屑态磷（Det-P）是磷主要的赋存形态（>50%）,其次是有机磷（Org-P）、铁结合态磷（Fe-P）和自生态磷（Auth-P）,交换态磷（Exch-P）对总磷的贡献较小;麻坑内部与麻坑外缘处沉积物中溶解态活性磷（DRP）向水体的释放通量分别为2.84μmol/（cm²·a）和1.03μmol/（cm²·a）,对上层水体的贡献依次为19.6%和3.03%,是上层水体磷的重要来源.麻坑内外磷的埋藏速率与转化过程存在不同;研究区地下水的渗漏是磷的沉积速率和释放通量都普遍高的原因.北黄海麻坑区沉积物中磷的保存与转化还与浅层CH₄的逸出相关,潜在提高黄铁矿的生成速率.较高的沉积物-水界面磷通量必然对区域富营养化等生态环境问题产生深远影响,值得关注.     

MBR处理微污染河水试验

采用絮凝沉淀+缺氧/膜生物反应器(Anoxic/Membrane Bioreactor,A/MBR)工艺对劣Ⅴ类微污染河水的处理进行了中试研究,探讨了该工艺对低碳高氮磷河水处理效果的保证措施. 结果表明:系统处理规模为10 m3/d,在曝气量为8 m3/h,平流沉淀池、缺氧池和膜池水力停留时间分别为25 min,0.8 h和2.5 h,污泥ρ(MLSS)为6.0～6.5 g/L的运行条件下,向缺氧池投加约为理论量2倍的甲醇,在平流沉淀池与膜池分别投加10和5 mg/L的聚合氯化铝(PAC),出水ρ(COD_Cr),ρ(BOD₅),ρ(NH₃-N)和ρ(TP)达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类水体标准,ρ(TN)<15 mg/L.      

混凝法处理污水处理厂出水中磷的实验研究

采用硫酸铝、PAC、氯化铁和明矾四种混凝剂对城市污水处理厂出水进行除磷实验研究。实验结果表明,四种混凝剂硫酸铝、PAC、氯化铁和明矾的最佳投药量分别为40mg/L、30mg/L、50mg/L和70mg/L,最佳pH范围分别为6.92～8.08、5.92～10.07、6.92～10.07和6.92～8.08,在此最佳条件下,出水中总磷浓度分别为0.18 mg/L、0.03 mg/L、0.17 mg/L和0.19 mg/L,相应的去除率分别为80.85%、96.81%、81.73%和79.73%。处理后出水总磷浓度达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准(总磷浓度≤0.2mg/L)。     

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.      

黄渤海氮磷营养盐的分布、收支与生态环境效应

基于在黄渤海的综合调查结果,分析了水体和沉积物间隙水中溶解无机氮（DIN）和溶解无机磷（DIP）的分布;结合历史数据构建了黄渤海DIN和DIP的收支模型,并分析了陆源输入变化对研究区域生态环境的影响.结果表明,黄渤海DIN和DIP的含量受季节、河流输入和沉积物界面扩散作用的影响,具有秋季高于春季和近岸高于离岸的时空分布特征.收支模型计算结果表明,底界面扩散是黄渤海水体DIN的主要来源,其次是大气、周边河流、地下水和东海的输入;黄渤海水体DIN的支出主要是通过沉积埋藏和反硝化.黄渤海水体DIP的来源主要是磷酸盐吸附解吸,占91%,底界面扩散和大气输入为其次,河流和地下水的输入贡献较小.DIP的支出主要是通过沉积埋藏和向东海的输出.黄渤海每年有11Gmol的氮在水体积累,并导致其浓度提高约0.6μmol/（L·a）.近些年来陆地向黄渤海输入氮的持续增加,加剧了氮营养盐的积累,导致非硅藻类浮游植物比例以及赤潮发生频率和面积显著增加,同时还提高了水体初级生产力和海洋磷的埋藏量以及加剧了磷限制的趋势,并可能威胁生态系统的稳定.     

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.     

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...     

混凝沉淀和机械过滤组合工艺处理含磷废水

利用二级混凝沉淀+机械过滤器法处理含磷废水,通过做pH、CaCl2的投加量对除磷处理效果影响的小试,确定混凝沉淀最佳条件为pH值为11和CaCl2投加量100mg/L.工程运行现状表明:该法处理磷化废水是可行的,出水能够达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)一级排放标准.     

混合碳源浓度对单级好氧生物脱氮除磷的影响

以乙酸钠和丙酸钠1:2混合作为碳源,进水COD浓度分别为200,400,600,800mg/L,研究混合碳源浓度对单级好氧生物脱氮除磷的影响,并通过比较微生物体内储能物质的变化,探讨混合碳源浓度对生物脱氮除磷性能影响的机理.结果表明,当进水磷和氨氮浓度分别为12,30mg/L时,随着进水COD由200增加至800mg/L,磷去除率由39.9%提升至86.4%(氮去除率从13.5%提升至96.4%).进水COD为400mg/L时单位挥发性悬浮固体(VSS)的磷和氮去除量达到最高[分别为(4.31±0.08)和(6.15±0.22)mg/g].当进水COD由200增加至400mg/L时生物除磷活性增强,而COD继续增加会使污泥沉降性能变差,脱氮除磷生物活性降低.好氧吸磷和同步硝化反硝化主要由微生物体内储能物质多β羟基烷酸盐(PHA)驱动,当进水COD为400mg/L时单位VSS消耗的PHA最多.混合碳源浓度通过影响碳源的好氧代谢,使微生物体内储能物质的积累/转化量不同,进而影响系统的脱氮除磷性能.     

光照强度和磷浓度对寡枝刚毛藻生长的影响

在利用沉水植被对湖泊进行生态修复过程中,当营养盐有所降低,水体透明度增加有利于沉水植物生长时,丝状绿藻——刚毛藻会大量生长,从而影响生态修复效果.为了研究光照强度和磷浓度对寡枝刚毛藻(Cladophora oligoclona)生长的影响,本实验用含有不同磷浓度(0.005,0.02,0.1,0.6mg/L)的BBM培养基,在不同光照强度[10,30,50μmol/(m2·s)]下培养寡枝刚毛藻16d.结果发现,在光照强度为10μmol/(m2·s),初始P浓度0.1mg/L以上时,刚毛藻鲜重增加(约0.05g),其余处理条件下,刚毛藻鲜重均减少,其中光强为50μmol/(m2·s),初始磷浓度为0.005mg/L时,刚毛藻鲜重减少量最大(约0.49g).叶绿素荧光参数Fv/Fm值的变化表现为光强越大,Fv/Fm的值越低.在光强为10μmol/(m2·s)时,Fv/Fm值在0.75左右.光强为50μmol/(m2·s)时,Fv/Fm值仅为0.3.在相同光强下,不同磷浓度对Fv/Fm值变化无显著影响.相对于磷浓度对刚毛藻生长的影响,光强对刚毛藻的生长影响更大,且高光强不利于刚毛藻的生长.     

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.     

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.     

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.      

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.