不同溶解氧水平下湖泊底泥-水界面磷交换影响因素分析

在实验室控制条件下,研究了玄武湖底泥在饱和溶解氧、75%、50%、25%、0%溶解氧水平下底泥-水界面磷交换,探讨了溶解氧对底泥-水界面磷交换的影响途径.结果表明:(1)上覆水溶解氧与玄武湖底泥溶解性磷酸盐、溶解性总磷释放速率呈开口向上的抛物线关系;(2)上覆水溶解氧水平可以决定磷在底泥-水界面交换中的转换方向,而且还影响间隙水中溶解氧扩散深度,25%、50%、75%和饱和溶解氧水平下溶解氧最大扩散深度分别为0.974cm、1.377cm、1.687cm和1.948cm,溶解氧在间隙水中最大扩散深度影响底泥-水界面的磷交换;(3)溶解氧可通过影响底泥-水界面处电位、藻类聚磷作用以及pH来影响底泥-水界面的磷交换.     

太湖底泥垂向构成类型及底泥-水界面组成物质

针对太湖中底泥-水界面上物质的状态、性质及其对水质的影响问题,本文通过对太湖8个湖区39个采样点的现场调查取样和实验室检测,分析太湖底泥状态和垂向上的构成、不同区域底泥-水界面物质的差异及底泥与磷释放和湖泛之间的关系.结果表明:太湖底泥-水界面上存在3种物质:粉质硬黏土、淤泥质粉土和悬浊水层.粉质硬黏土(硬底板)是太湖...     

表面流湿地沉积物再悬浮及其对湿地净化效果的影响

选取典型表面流人工湿地——盐龙湖人工湿地为研究对象,通过对沉积物理化性质分析,湿地系统水动力模拟,风场与悬浮物(SS)再悬浮浓度关系的拟合及全年再悬浮对湿地净化效果的影响估算,探索表面流湿地沉积物在动力条件下的再悬浮特征及此过程中营养物质的再悬浮量.结果显示:0.3～0.5 m水深沉积物的理论起动流速在18.54～22.62cm/s之间,模拟得到湿地运行过程中水体流速最大值为1.62 cm/s,会远小于理论起动流速值,因此湿地内部流动产生的底部扰动难以形成湿地底泥的大规模再悬浮现象.但湿地内部仍存在一定的底泥再悬浮效应,风场扰动是主要影响因素,风场作用受植物影响显著,萌发期(3-4月)和收割期(11月-次年2月)再悬浮贡献量大于生长期(5-8月)与成熟期(9-10月),并且当风速4 m/s时再悬浮浓度明显增加.再悬浮浓度与运行水深也有关,0.3 m水深SS再悬浮浓度分别高出0.4 m和0.5 m水深12.48%和18.67%;高锰酸盐指数(CODMn)分别高出12.61%和19.52%;总氮(TN)分别高出248.12%和341.94%;总磷(TP)分别高出35.53%和43.48%.全年SS、CODMn、TN和TP再悬浮量分别达到2.8、0.47、0.15和0.011 kg/m2.     

生物沸石薄层覆盖削减亚热带水源水库氮负荷

以福建泉州水源地山美水库和惠女水库的表层底泥和上覆水为研究对象,室内静态模拟试验研究了生物沸石薄层覆盖削减水源水库氮负荷的效果及可行性,探讨了上覆水体溶解氧(DO)浓度对削减氮负荷的影响,分析了削减氮负荷的作用机理.结果表明,覆盖强度为1 kg/m~2的生物沸石覆盖(厚度约1 mm)对上覆水中总氮的削减率为58.89%~65.75%,对底泥中总氮的削减率为10.39%~13.08%,对底泥中铵态氮的削减率为32.35%~44.56%,对底泥中有机氮的削减率为8.41%~11.04%;对于以硝态氮为主要形态氮的上覆水体,DO浓度越低,越有利于高效菌脱氮;可见,生物沸石薄层覆盖能有效削减水源水库氮负荷,利用生物沸石薄层覆盖技术削减水源水库氮负荷是可行的,但需要进一步研究水源水库底泥生物沸石薄层覆盖修复过程中氮的迁移转化机制.     

曝气充氧对城市污染河道内源铵态氮释放的控制

以城市污染河道沉积物和上覆水为研究对象,利用模拟实验方法,探讨不同曝气充氧方式(水曝气EW、底泥曝气ES)对污染河道內源铵态氮(NH4+-N)释放的影响.研究结果发现:从间隙水和沉积物中NH4+-N的削减效果来看,底泥曝气均要优于水曝气;实验结束后,底泥曝气组沉积物与间隙水中NH4+-N含量分别减少63.39%和43.33%,水曝气组分别减少了7.54%和13.98%;从沉积物-水界面NH4+-N的扩散通量变化来看,水曝气组界面通量高于对照组,其变化规律与对照组相似;底泥曝气组沉积物-水界面NH4+-N扩散通量变化过程完全不同于其它两组,在整个试验周期内(除第5 d以外),底泥曝气组的通量低于水曝气组,在第15 d最低,为13.73 mg/(m2.d),仅为水曝气组和对照组的14.68%和19.93%,表明底泥曝气组沉积物NH4+-N的释放潜力低于水曝气组沉积物.     

底泥释磷及其对杭州西湖富营养化的影响

杭州西湖是一个小型浅水湖泊,底泥由上部藻骸腐泥和下部泥炭层构成,其显著特点是有机碳含量特别高,氮含量也相当高,而磷的富集程度相对较低。通过实验室和现场模拟研究,考察了pH值、温度、溶解氧、氧化还原电位及上覆水种类等环境因素对底泥释磷量和释磷速率的影响。上覆水pH值在6.5—7.0范围内底泥释磷量最低;在较高或较低pH值时,释磷量倍增。升高水温或降低上覆水溶解氧浓度均能加速释磷。实验室模拟西湖底泥最大释磷量为0.368μgP/g。夏季现场模拟平均释磷速率为1.02mg P/m~2·d;由此估算底泥释磷量达1.346tP/a,相当于年平均外部入湖磷负荷的36.4％。底泥释磷对西湖富营养化起着不容忽视的影响。     

太湖流域南区湿地磷状况及其滞留能力

选取太湖流域南区29个典型湿地采样点进行土-水磷素状况调查,并采集杭州西湖茅家埠、湖州德清下渚湖、湖州长兴包漾河等泥样进行静态柱和稳流水槽模拟实验,研究区域湿地底泥含TP 0.169-1.200g/kg,Olsen-P 7.08-67.08mg/kg,最大吸附量为269.5-824.5mg/kg,NaOH+EDTA-P占底泥TP的52.O%±11.6%,且伴随其积累会提高Olsen-P含量,相应上覆水含TP 0.036-0.944mg/L,总颗粒态磷占TP含量的70.9%±13.2%,DRP相对较低,静态柱实验中的DRP初始阶段缓慢下降,之后快速下降并维持在稳定水平,稳流水槽实验的DRP动态表现出准U型曲线特征,经验证,底泥的磷素吸附能力在Langmuir吸附实验及室内模拟实验中表现一致.     

底泥就地稳定化中零价铁(Fe0)对有机污染物的作用及其对上覆水体水质的影响

在实验室模拟静态湖泊体系条件下,通过向实际底泥中投加零价铁(Fe~0),考察反应前后底泥中有机物数量、种类、总有机质含量以及上覆水体溶解氧(DO)浓度、氧化还原电位(Eh)、pH和化学需氧量(CODCr)浓度等指标的变化,探讨Fe~0对底泥有机物的降解效果以及对上覆水体水质的影响.结果表明,投加Fe~0处理80 d后,(1)经GC-MS检测出底泥中易被降解的小分子有机物(分子量小于200)数量明显增多,底泥总有机去除率为44%.(2)上覆水体的DO浓度、Eh和pH都有不同程度的变化.DO浓度从6.6 mg/L迅速下降至0.2 mg/L,Eh从150 mV左右下降至74 mV,pH升高至8.4,此体系易形成厌氧环境;且上覆水体中CODCr低于纯底泥-水体系,上覆水中DO浓度、Eh及pH与CODCr浓度具有一定相关性.综上,底泥中投加Fe~0可有效降解有机物,且不会对上覆水体产生持久、较大的影响.     

太湖梅梁湾水体及沉积物中微囊藻毒素含量垂向分布特征

为探究太湖梅梁湾水体及沉积物中微囊藻毒素（MC-LR、MC-RR、MC-YR）含量的垂向分布特征,于2018年5月采集梅梁湾6个点位表层水、上覆水、混合水、间隙水以及柱状沉积物样品,并采用超高效液相色谱-串联质谱法分析样品中微囊藻毒素的含量.分析结果表明：水体中（表层水、上覆水、混合水以及间隙水）MC-LR、MC-RR、MC-YR的浓度范围分别为11.80~1297.14、2.50~818.40、1.80~176.00 ng/L,表层水、上覆水以及混合水中MC-LR的浓度高于MC-RR和MC-YR,MC-RR和MC-YR之间差别较小,而间隙水中MCs三种异构体浓度大小顺序为：MC-LR > MC-RR > MC-YR;垂向分布上,间隙水中MCs异构体（MC-LR、MC-RR、MC-YR）浓度均远高于表层水、上覆水以及混合水,表层水MCs异构体浓度略高于上覆水,混合水MCs异构体浓度介于表层水和上覆水之间.对沉积物的研究发现,1~10 cm表层沉积物中MC-LR、MC-RR、MC-YR含量范围分别为0.60~26.95、0~0.90、0~8.10 ng/g,且1~10 cm层中MCs三种异构体平均含量大小顺序为：MC-LR > MC-YR > MC-RR,其中MC-LR、MC-RR、MC-YR的检出率分别为100%、70%、92%;垂向分布上,MC-RR含量较低且变化不大,而MC-YR和MC-LR含量均随沉积物深度的增加先升高后降低.相关性分析结果表明,表层水和混合水中MCs与总磷浓度呈显著正相关,而与总氮浓度无显著相关性;上覆水、间隙水以及沉积物中MCs与总氮、总磷浓度均呈显著正相关.     

轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)对沉积物-水界面微观剖面理化参数的影响

水生植物是湖泊生态系统的重要组成部分,沉积物-水界面是湖泊生态系统中营养盐循环的重要界面,因而研究水生植物对沉积物-水界面微观剖面的影响具有重要意义.本文利用轮叶黑藻作为研究对象,研究了来自于香溪河、太湖和东湖3个样点的沉积物及上覆水中N、P等理化性质,并利用微电极研究轮叶黑藻对3种沉积物-水界面微观剖面是否有影响.实验结果表明:轮叶黑藻生长迅速.增长率因沉积物不同而不同,有一定的耐污能力;轮叶黑藻使水体和沉积物中总氮、总磷含量减少,对水体和底泥有一定的净化作用;轮叶黑藻可使水体溶解氧升高,并使沉积物有氧层厚度增加,改变沉积物的氧化还原电位;轮叶黑藻可能改变了根际微环境中微生物的数量和种类,而使沉积物和上覆水中的pH、N₂O和H2S等发生变化.     

Fenton体系处理黑臭河道沉积物的效果初探

沉积物中有机质的削减是黑臭水体治理的关键.Fenton(Fe^2++H2O2)试剂在有机污染废水和土壤原位修复中的应用广泛且效果良好;Fenton试剂也能很好地去除黑臭水体中的色度和浊度,但其氧化沉积物有机质的研究未见报道.为探究Fenton试剂对黑臭水体沉积物的氧化效果,本研究通过室内模拟实验用Fenton氧化法对黑臭河道沉积物进行处理,考察氧化过程沉积物特征和性质的变化;分析覆水后沉积物中污染物的释放特征,并和H2O2体系(无Fe^2+)进行比较.结果表明:Fenton体系显著提高了沉积物与上覆水的氧化还原电位,对黑臭河道沉积物中的有机质具有很强的氧化效率.在温度为28℃、H2O2为20%Q(Q为体系中沉积物有机质完全矿化的理论H2O2用量)和Fe^2+∶H2O2(摩尔比)为0.5∶1时,反应1 d,酸挥发性硫化物去除率为70.13%,沉积物总有机碳减少了22.14%,总有机氮减少了87.60%,生成了较多的铵态氮和硝态氮;由于铁对磷的钝化,沉积物中溶解性反应磷含量大幅减少.H2O2体系的氧化速度较Fenton体系慢,覆水后对体系中的Eh提高不明显.值得注意的是,Fenton体系会降低上覆水的pH,释放较多的铵态氮.需要联合其他技术(如微生物法),强化水体中有机质和氨氮的降解,以取得理想的修复作用.     

Modeling nitrogen–carbon cycling and oxygen consumption in bottom sediments

A model framework is presented for simulating nitrogen and carbon cycling at the sediment–water interface, and predicting oxygen consumption by oxidation reactions inside the sediments. Based on conservation of mass and invoking simplifying assumptions, a coupled system of diffusive–reactive partial differential equations is formulated for two-layer conceptual model of aerobic–anaerobic sediments. Oxidation reactions are modeled as first-order rate processes and nitrate is assumed to be consumed entirely in the anoxic portion of the sediments. The sediments are delineated into a thin oxygenated surface layer whose thickness is equal to the oxygen penetration depth, and a lower, but much thicker anoxic layer. The sediments are separated from the overlying water column by a relatively thin boundary layer through which mass transfer is diffusion controlled. Transient solutions are derived using the method of Laplace transform and Green’s function, which relate pore-water concentrations of the constituents to their concentrations in the bulk water and to the flux of decomposable settling organic matter. Steady-state pore-water concentrations are also obtained including expressions for the extent of methane saturation zone and methane gas flux. A relationship relating the sediment oxygen demand (SOD) to bulk water oxygen is derived using the two-film concept, which in combination with the depth-integrated solutions forms the basis for predicting the extent of oxygen penetration in the sediment. Iterative procedure and simplification thereof are proposed to estimate the extent of methane saturation zone and thickness of the aerobic layer as functions of time. Sensitivity of steady-state solutions to key parameters illustrates sediment processes interactions and synergistic effects. Simulations indicate that for a relatively thin diffusive boundary layer, d, oxygen uptake is limited by biochemical processes inside the sediments, whereas for a thick boundary layer oxygen transfer through the diffusive boundary layer is limiting. The results show an almost linear relationship between steady-state sediment oxygen demand and bulk water oxygen. For small d methane and nitrogen fluxes are sediment controlled, whereas for large d they are controlled by diffusional transfer through the boundary layer. It is shown that the two-layer model solution converges to the one-layer model (anaerobic layer) solution as the thickness of the oxygenated layer approaches zero, and that the transient solutions approach asymptotically their corresponding steady-state solutions.     

东巢湖沉积物水界面氮、磷、氧迁移特征及意义

以东巢湖近城市湖湾沉积物为研究对象,在沉积物氮、磷营养盐分析的基础上,采用沉积物柱状芯样静态释放模拟法定量评估研究区域沉积物—水界面氨氮、溶解性活性磷酸盐营养盐释放潜力,利用微电极非损伤测定技术获得沉积物—水微界面溶解氧(DO)剖面分布及微界面DO消耗和扩散特征.结果表明:东巢湖近城市湖湾沉积物氮、磷污染物蓄积量较高,受TN、TP污染程度较重.沉积物内源氨氮、磷酸盐释放明显,平均释放速率分别达到32.44 mg/(m~2·d)和1.25mg/(m~2·d),区域内沉积物已成为水柱中氮、磷营养盐的污染源.研究区域上覆水体处于好氧状态,沉积物—水微界面平均DO穿透深度(OPD)达到5.3 mm,平均DO扩散通量为4.56 mmol/(m~2·d),表现出良好的DO扩散能力.沉积物内源氨氮和磷酸盐释放能力与表层沉积物TN/TP物质含量及沉积物—水微界面DO穿透深度有关,在沉积物氮、磷污染较重的情况下,DO穿透深度越低越有利于氮、磷污染物从沉积物向上覆水体释放.     

双向环形水槽模拟变化水位和流速下洞庭湖沉积物氮释放特征

浅水湖泊生态系统中的沉积物—水界面是湖泊内源氮释放的重要界面,而水动力因素是改变沉积物氮释放的重要因素.三峡大坝修建以后,长江中下游通江湖泊的水动力条件发生了明显的变化.通过采集洞庭湖湖口区域的沉积物和水样,在双向环形水槽动力模拟装置内模拟湖泊水位和流速的变化,探讨湖泊沉积物氮在沉积物和水系统中的二次释放特征.结果表明,随着扰动强度的增加,上覆水悬浮物浓度增大,上覆水中总氮浓度增加,沉积物向上覆水释放氮的强度增强,水动力条件的改变所引起的沉积物内源氮释放不容忽视.在该模拟实验条件下,沉积物存在最适扰动水位(20cm),此水位下上覆水中悬浮物浓度最低,总氮浓度最小.水动力条件的改变对上覆水和沉积物—水界面处铵态氮和硝态氮浓度的影响并不明显,孔隙水中铵态氮与硝态氮之间发生形态的转化.     

福建省富营养化水库沉积物磷形态及对水体的贡献

采用 SMT 法结合 X 射线荧光和 X 射线衍射分析了福建省发生富营养化的山仔深水库表层沉积物的磷赋存形态 及对水体的贡献．分析结果表明，山仔水库表层沉积物总磷含量在400-750 mg/kg 之间，铁/铝结合态磷和有机磷是沉积 物磷的主要赋存形态，分别占总磷含量的47%和37%左右．沉积物水-土界面存在明显的活性磷梯度，在一定条件下活 性磷可以从沉积物间隙水扩散到上覆水体，从而一定程度上影响山仔水库水体的营养水平．     

福建省富营养化水库沉积物磷形态及对水体的贡献

2003年7月至2004年4月,每季度对武汉市南湖大型底栖动物进行定量和定性的采样分析,共发现大型底栖动 物30种;优势种为霍甫水丝蚓和刺铗长足摇蚊,均呈聚集分布;大型底栖动物的年均密度和生物量分别为4437 ind/m~2和 17．79 g/m~2,其密度和生物量春季最高,Shannon-Wiener 多样性指数和 Margalef 多样性指数的年均值分别为1．515和 1．123．比较分析了南湖大型底栖动物组成的历史变化,对水环境进行了生物学评价,并提出了南湖大型底栖动物合理利 用的建议．     

浙江东钱湖底泥污染物分布特征与评价

对东钱湖底泥做了全面调查,测定了底泥粒度组成、有机质、TN、TP及重金属含量,分析了底泥沉积特性及污染物分布特征,分别采用潜在生态危害指数(RI)法和相对背景值法对重金属污染风险和有机污染及营养盐污染进行了评价.研究结果表明:东钱湖底泥组成以细颗粒为主,重金属含量除镉污染达到中等生态危害程度外,其余均处于较低水平,湖区底泥中有机污染和氮污染问题非常突出.为有效治理东钱湖内源污染,有必要开展包括生态疏浚在内的内源污染治理措施.研究为进一步开展东钱湖水环境治理提供了理论依据.     

The release of phosphorus from sediment into water in subtropical wetlands: a warming microcosm experiment

Global warming poses a great threat to wetland ecological stability and water quality improvement. In this paper, we sampled six types of wetlands representing different kinds of land utilisation around the TaiHu Lake Basin in southeast China. An outdoor computerized microcosm was set up in May 2008 to simulate climate scenarios of ambient temperature (control) and a warmed ambient temperature (+5 °C) using a novel minute‐scale daily and seasonal temperature manipulation technology. The 18‐month incubation indicated that warming impaired the ecological sink of sediment (fixing P from porewater) while strengthening the role of the ecological source, moreover, the rate of P release from sediment into porewater (19–113% for total phosphorus) was much stronger than from top sediment into overlying water. Warming enhanced the activity of neutral and alkaline phosphatases for P‐deficient wetland sediments and neutral phosphatases for P‐rich sediments, at the 14th month of incubation. A significant increase in total phospholipid fatty acids (PLFAs) occurred under warming in sediments with relatively low levels of PLFAs, but bacterial abundance in the sediment biomass tended to decrease (18%) along with an increase (4·5%) of the fungi‐to‐bacteria ratio. The variations of carbon consumption and availability indicated by measured dissolved organic carbon in sediment may have contributed to P release from sediments to water. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.