巢湖沉积物有效态磷与硫的DGT原位同步分析研究

沉积物有效态磷(P)与硫(S)的含量分布是影响湖泊营养元素循环和水体富营养化的重要因子.本文利用Zr O-Ag I薄膜梯度扩散技术(Zr O-Ag I DGT)原位同步获取了南淝河-巢湖沉积物中有效态P和S的高分辨分布信息.结果发现:绝大部分沉积物有效P和S自界面向下呈急剧升高趋势,并在50 mm深度内出现峰值;河道内沉积物有效P和S的含量高于湖体,且P在界面的表观释放通量明显高于湖体,表明河道沉积物是湖体P的输入源.部分采样点出现有效P与S同步变化的现象,两者具有显著相关性,证实沉积物内部P和S存在同步释放的规律.     

太湖流域农村黑臭河流沉积物中磷形态的垂向分布特征

为揭示太湖地区农村黑臭河流表层沉积物中磷形态的分布特征及各形态磷之间的相关性,本文以宜兴市周铁镇掌下浜(北段)为例,沿河流从上游到下游河口共采集了13个表层沉积物样,应用SMT法(The Standards,Measurements and Testing Programme)对柱状沉积物中磷形态进行了分析,并对有机质与各磷形态及其之间进行相关性分析.结果表明:在垂向分布上,沉积物中各形态磷含量随深度加深总体均呈现下降趋势;总磷(Total Phosphorus,TP)的平均含量为659.33~4379.31 mg·kg-1,无机磷(Inorganic Phosphorus,IP)构成沉积物中磷的主要部分,占TP的66.59%~88.25%;盐酸提取态磷(Hydrochloric acid extractable phosphorus,Ca-P)占TP的44.17%~71.47%,占IP的62.17%~83.70%,是构成IP的主要部分.有机质含量与各形态磷之间皆表现出显著的正相关性,反映出垂向沉积剖面上有机质是磷形态含量的重要影响因素.IP、Ca-P、OP(Organic Phosphorus,有机磷)与TP均具有显著的相关关系,表明沉积物中TP含量的增加,主要来自Ca-P,其次是OP;沉积物中OP与Fe/Al-P(NaOH extractable phosphorus,铁铝磷)、Ca-P含量也具有显著的正相关关系,表明OP含量对Fe/Al-P、Ca-P的含量均有影响;Ca-P与Fe/Al-P含量之间存在显著的相关性,说明沉积物中Fe/Al-P的还原释放对Ca-P的形成具有一定的影响.     

城市河流黑臭的原因分析及生态危害

在了解河流黑臭实质的基础上，结合过去河流黑臭研究成果，提出了导致目前城市河流黑臭的几个主要原因：有机污染负荷的加大；河流底泥污染及其再悬浮作用；水体热污染及其他原因。初步探讨了城市河流黑臭的生态危害：影响居民生活，危及人体健康；破坏了生态系统；损害城市景观等。     

城市河流黑臭原因及机理的研究进展

城市河流黑臭已成为我国许多大、中城市共同存在的污染问题,探寻其产生的原因和机理具有非常重要的意义.在此对目前城市河流黑臭形成原因与机理进行了概述,并总结了国内外在该领域研究的进展,同时指出了目前河流黑臭理论研究中一些尚未解决的问题.     

南京市黑臭河流水体中细菌多样性的研究

以南京市城南河为研究对象,分别提取上中下游的水体样本,分析水质中的氮、磷、COD等水质指标,并利用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)分析了城南河不同位置的细菌多样性。结果表明:城南河水体中的平均总氮为30.06 mg/L,总磷为6.14 mg/L,COD为42.03 mg/L,均超过国家V类水质标准。结合外观,城南河属于严重污染的典型黑臭河流。DGGE分析的结果表明:城南河具有较高的细菌多样性,优势菌群主要是变形菌门和拟杆菌门2大类群,且不同取样点细菌种类差别不大。     

投加化学药剂改善城市黑臭河流水质的研究

该研究通过投加化学药剂比选、药剂投加浓度和投加方式优化试验,考察了投加化学药剂对城市黑臭河流水质的改善效果和适用性。结果表明,投加过氧化钙能够快速提高水体溶解氧含量,同时降低水体总磷含量。在该试验条件下,投加400 mg/L的过氧化钙后水中的溶解氧迅速升高,但1天后即恢复到投加前水平。由于投加过氧化钙增氧的成本相对较高,并且水体流动性会影响过氧化钙的增氧效果,投加过氧化钙方法仅适用于对封闭的污染水体进行快速增氧和修复。     

农村黑臭水体沉积物细菌群落结构特征

沉积物微生物是农村黑臭水体物质循环和有机物降解等过程的主要驱动者,其群落结构组成常因外界环境的微小变化而变化.以菏泽市东明县29个农村黑臭水体为研究对象,测定农村黑臭水体上覆水和沉积物氮、磷及重金属等污染物指标,结合Illumina测序结果,分析农村黑臭水体沉积物细菌群落组成和多样性特征及其与环境因子的相关性.结果表明,该区域农村黑臭水体上覆水和沉积物中污染物分布范围均较广.与农业面源相比,以农村生活污水为主要污染来源的农村黑臭水体上覆水中氮、磷污染物浓度更高,分别是农业面源的3.1倍和1.5倍.此外,该区域农村黑臭水体沉积物中重金属含量处于较低水平,普遍低于菏泽市土壤元素背景值.该区域农村黑臭水体沉积物细菌群落的优势菌门为变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门和酸杆菌门,这5种优势菌门的序列总和占全部序列的70.3%～83.6%.γ-变形菌纲、α-变形菌纲、厌氧绳菌纲和放线菌纲是沉积物细菌群落的优势菌纲;硫杆菌属和假节杆菌属是其优势菌属.Spearman相关性分析结果表明,环境因子中DO、 COD、 TN、 TP和有机质对农村黑臭水体沉积物细菌菌属有显著影响(P<0.05),沉...     

城市黑臭水体的综合治理思路

黑臭水体不仅对城市景观造成严重的负面影响,而且会降低周边居民的生活质量、损害身体健康。表面性、暂时性、片面性的治理方案不能起到治"根"的作用。本文提出内源治理、外源治理、河流整治、生态修复的综合治理思路,希望能够为黑臭水体修复方案的制订提供一定的参考意见。     

应用藻类防治河水黑臭的试验研究

选育藻类小群体，通过在模拟河床中及小段河道内的试验结果表明，黑臭河水中的ＤＯ有明显的增高，ＣＯＤ，ＭＨ３－Ｎ有不同程度的降解，水质显著改善。可见应用藻类－生物工程法，是防水河水黑臭的途径之一。     

电缆细菌对沉积物-水界面磷、铁、硫分布影响的室内模拟研究

电缆细菌的存在会改变沉积物-水界面的氧化还原环境,进而影响沉积物-水系统中磷、铁、硫的迁移转化过程.本研究选取存在电缆细菌的原位南沙河沉积物-水系统为研究对象,在暗处15℃下培养30 d,利用薄膜扩散梯度（DGT）技术获取了活性磷、活性硫和活性铁的2 mm分辨率剖面分布特征,并结合原位荧光杂交技术确定了电缆细菌的密度.结果表明：随着沉积深度的增加,间隙水活性磷、活性铁和活性硫均呈现出先增加后减小再趋于稳定的趋势,均值分别为0.743～1.017 mg·L^-1、0.383～0.954 mg·L^-1和0.033～0.141 mg·L^-1,且均有向上覆水释放的趋势.随着培养时间的延长,0～1 cm间隙水中活性磷含量呈先减小后增加的趋势,在第10 d达到最小,均值为0.604 mg·L^-1,1 cm以下间隙水中活性磷含量呈现逐渐增加的趋势,在第30 d达到最大,均值为1.090 mg·L^-1.0～10 cm间隙水中活性铁和活性硫含量呈现先增加后减小的趋势,在第10 d达到最大,均值分别...     

基于梯度薄膜扩散技术评估黑麦草吸收Cd的研究

分别采用固态结合相(Chelex100)和液态结合相(聚丙烯酸钠,PAAS)的梯度薄膜扩散技术(DGT)对盆栽黑麦草实验中的土壤有效态Cd进行了提取,结果表明2种不同结合相的DGT技术提取的土壤有效态Cd含量与黑麦草地上部和地下部的Cd含量都呈显著相关关系,其相关系数分别为0.90,0.89(Chelex100-DGT)和0.90,0.87(PAAS-DGT).运用多元统计分析方法研究土壤pH值、阳离子交换量(CEC)、有机质(OM)和土壤颗粒组成等理化指标的影响,提取出2种主成分因子,建立逐步回归模型.第1主成分与OM和黏粒组成之间呈显著相关,定义为代表土壤中影响重金属生物有效性的“有机指标”,第2主成分则土壤pH值和CEC相关程度较高,定义为代表土壤中影响重金属生物有效性的“无机指标”.研究表明Chelex100-DGT和PAAS-DGT技术均能较好预测黑麦草对Cd的吸收,且包含了土壤理化性质的影响.     

DGT分析水中四环素类抗生素自由溶解态浓度

为分析四环素类抗生素的生物有效性,本研究自制了o-DGT装置,测定了结合相的回收率以及不同温度下污染物在扩散相的扩散系数,最终将该装置应用于天然水体中四环素类抗生素自由溶解态浓度的分析.结果表明,所制备的结合相对四环素类抗生素具有较强且稳定的结合能力,其单独存在时对溶液中四环素、土霉素、金霉素的回收率分别为（104.37±4.93）%,（80.29±4.41）%和（81.52±3.93）%;25℃时,3种四环素类抗生素在所制备的扩散相中扩散系数分别是（1.08±0.05）×10^-6,（1.07±0.18）×10^-6,（1.03±0.07）×10^-6cm²/s.抗生素浓度在0.2~10mg/L时,四环素、土霉素、金霉素的C_DGT占总量分别11.69%~30.21%、10.02%~29.25%和7.44%~34.10%.所制备的o-DGT装置性能稳定,可以为测定四环素类抗生素污染物生物有效性和自由溶解态浓度提供有效的参数.     

Diffusive gradients in thin films (DGT) probe for effectively sampling of per- and polyfluoroalkyl substances in waters and sediments

The passive sampling technique, diffusive gradients in thin films (DGT) has attracted increasing interests as an in-situ sampler for organic contaminants including per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). However, its effectiveness has been questioned because of the small effective sampling area (3.1 cm²). In this study, we developed a DGT probe for rapid sampling of eight PFAS in waters and applied it to a water-sediment system. It has a much larger sampling area (27 cm²) and as a result lower method quantification limits (0.15 – 0.21 ng/L for one-day deployment and 0.02 – 0.03 ng/L for one-week deployment) and much higher (by > 10 factors) sampling rate (100 mL/day) compared to the standard DGT (piston configuration). The sampler could linearly accumulate PFAS from wastewater, was sensitive enough even for a 24 hr deployment with performance comparable to grab sampling (500 mL). The DGT probe provided homogeneous sampling performance along the large exposure area. The use of the probe to investigate distributions of dissolved PFAS around the sediment-water interface was demonstrated. This work, for the first time, demonstrated that the DGT probe is a promising monitoring tool for trace levels of PFAS and a research tool for studying their distribution, migration, and fate in aquatic environments including the sediment-water interface.     

阿哈水库沉积物-水界面磷、铁、硫高分辨率空间分布特征

选取贵州典型高原亚深水型湖库阿哈水库为研究对象,利用薄膜扩散梯度技术获取夏季分层期不同湖区沉积物-水界面磷、铁、硫的原位、二维高分辨分布信息,并结合水化学及沉积物磷形态分析,探讨了沉积物P-Fe-S分布规律及控制因素.结果表明:沉积物-水界面DGT-P的浓度变化范围0.00~0.43 mg·L~(-1),DGT-Fe的浓度变化范围0.00~2.83 mg·L~(-1),DGT-S的浓度变化范围0.00~0.10 mg·L~(-1).阿哈水库沉积物孔隙水磷、铁、硫浓度在垂向分布上没有显著的相关性,DGT-P、DGT-Fe甚至还呈反向变化,这与很多湖泊的研究结果存在明显差异,其原因可能是阿哈水库沉积物具有很高的Fe/P和Fe/S比值,过剩的Fe导致还原态S以FeS/FeS_2形式沉淀后,P仍然被Fe(Ⅲ)固定在沉积物中.阿哈水库沉积物磷形态以Na OH-SRP和BD-P为主,Na OH-SRP含量变化范围为192~604 mg·kg~(-1),平均值约为392 mg·kg~(-1),BD-P含量变化范围为143~524mg·kg~(-1),平均值约为225 mg·kg~(-1).阿哈水库底层水体长期处于厌氧环境,Fe、S地球化学循环对沉积物内源磷释放起着重要控制作用.     

Investigation of potential interferences on the measurement of dissolved reactive phosphate using zirconium oxide-based DGT technique

A diffusive gradients in thin films (DGT) technique based on hydrous zirconium oxide (Zr-oxide) has been recently developed for the measurement of dissolved reactive phosphate (DRP). In this study, the detailed performance of the DGT technique is reported. Spiking experiments revealed that several orthophosphate monoester compounds contributed to the Zr-oxide DGT measurements of DRP. However, such a phenomenon is unlikely to occur during field conditions due to the low concentration of organic P in typical natural waters. The presence of Cl- (up to 106 g/L), SO42- (up to 16 g/L), HCO3- (up to 817 g/L), and AsO2- and AsO 3 4 (both up to 1 mg As/L) in solutions had negligible effects on the measurement of DRP. The threshold concentrations of Cl-, SO42- and HCO3- have been increased from previous reports for the measurements of DRP using other adsorbent-based DGT techniques. The capacity for DGT measurements of DRP decreased with increasing solution pH (4.2-9.2). The lowest capacity (95 μg P/m2 at pH 9.2) was still greater than that of other DGT techniques that are usually used for the measurement of DRP (2-12 μg P/cm2 ). The Zr-oxide binding gel could be stored for up to 2 years without any aging effect. This period of validity was considerably longer than the ferrihydrite binding gel that is commonly used in present DGT devices (6 months). The field application revealed that the concentrations of DRP measured in three fresh water samples using the Zr-oxide DGT technique were in agreement with those of the traditional colorimetric method.     

利用DGT高分辨率研究沉积物孔隙水中重金属的浓度和释放通量

2006年5月采集了大辽河河段3个柱状沉积物,测定了沉积物的理化性质和重金属元素的含量,并利用常规离心方法和DGT方法测定了柱状沉积物孔隙水中重金属元素的含量.研究发现沉积物中Cd、Co、Cr和Cu元素含量高低的顺序依次是Cr>Cu>Co>Cd.用DGT方法测定的孔隙水中Cd、Co、Cr和Cu的浓度比用离心方法测定的浓度要低.DGT测定的孔隙水中Cd、Co、Cr和Cu的浓度c_DGT与离心方法测定的孔隙水浓度c的平均比值R分别为0.389、0.328、0.863和0.403,这说明沉积物中这几种金属从固相到液相的再补给速率大小遵循如下规律：Cr>Cu>Cd>Co.沉积物中Cd、Co、Cr和Cu元素的释放通量分别为1.12×１０^{-7～3.28×10-7　nmol/(cm2·s)、2.48×１０-7～10.40×10-7　nmol/(cm2·s)、8.80×１０-6～12.65×10-6 nmol/(cm2·s)和6.14×１０-6～13.93×10-6　nmol/(cm2·s).相关分析结果表明,Cd和Cu元素的迁移转化主要受有机质影响;而Cr元素的迁移转化除了受有机质影响外,还受铁锰氧化物影响比较显著;而Co元素可能受氧化还原电位影响较大.}     

湖泊疏浚对沉积物再悬浮及磷迁移影响的模拟研究

选择太湖梅梁湾污染沉积物为研究对象,选取夏季和冬季两个典型季节,进行室内模拟试验研究了湖泊疏浚对沉积物再悬浮及磷迁移的影响.结果表明,研究区模拟疏浚20 cm能够有效地抑制沉积物发生再悬浮,冬季疏浚比夏季疏浚抑制效果更好,在扰动过程中夏季未疏浚对照和疏浚水柱总悬浮物(TSS)最大含量分别为初始值的7.0和2.2倍;而冬季未疏浚对照和疏浚水柱分别为24.3和6.4倍.统计分析发现,夏、冬两季模拟试验未疏浚对照和疏浚水柱中总磷(TP)、磷酸盐(PO34--P)含量都与TSS含量变化呈现显著正相关(P<0.05),表明风浪扰动造成大量沉积物再悬浮,并伴随内源磷的释放是水柱中TP和磷酸盐的主要来源.夏季模拟试验疏浚对水柱中TP和磷酸盐负荷控制效果略差,冬季模拟试验疏浚水柱中TP和磷酸盐含量都显著(P<0.01)低于未疏浚对照.利用薄膜扩散梯度(DGT)技术研究了夏季疏浚沉积物-水界面上间隙水中溶解态活性磷(DRP)垂向分布,未疏浚水土界面中间隙水DRP扩散层厚度大于疏浚样,但疏浚样间隙水DRP在水土界面的离子浓度势能大于未疏浚对照样,表明底泥疏浚可以有效地降低疏浚区间隙水中DRP潜在的释放风险,但水动力作用下短期内可能会导致疏浚间隙水中DRP释放.对于太湖这样的大型浅水湖泊,确定最佳的疏浚时令、疏浚深度及疏浚范围至关重要.     

Mobility and sulfidization of heavy metals in sediments of a shallow eutrophic lake,Lake Taihu,China

The technique of DGT (diffusive gradients in thin films) using three diffusive gel thicknesses was applied to estimate the mobility and bioavailability of heavy metals in sediments and porewater of Lake Taihu, China. The DGT results showed significantly positive correlations between Co, Pb, Cd and Mn, and Ni and Fe concentrations in porewater. Cu and Zn showed a significantly negative correlation with Mn, due to Cu combination with carbonates and Zn derived from agricultural pollution, respectively. The rank order of average concentrations of Co, Ni and Cd at each station was DGT_1.92 > DGT_0.78 > DGT_0.39, suggesting stronger resupply from sediments to porewater when using thicker diffusive gels. Comparing centrifugation and DGT measurements, Co, Ni and Cd are highly labile; Mn and Fe are moderately labile; and Cu, Zn and Pb are slightly labile. The variations of AVS concentrations in sediment cores indicate that metal sulfides in deeper layers are easily diffused into surface sediments.     

薄膜扩散梯度技术测量砷的影响因素及其应用

研究了水体中常见无机阴离子和腐植酸对以氧化锆为固定膜的新型薄膜扩散梯度技术(Zr-oxide DGT)测量砷(As)的影响及其在自然地表水体中的应用.结果表明,短期(16h)暴露,SO₄^2-无影响,而HCO₃^-、Cl^-、SiO₃^2-和腐植酸有一定的影响,其忍耐的最高浓度值分别为360mg/L、45g/L、100mg/L和36mg/L.1~4d暴露期间,37~148mg/L的HCO₃^-、1.44~2.88g/L的SO₄^2-、12~24g/L 的Cl^-、8~24mg/L的SiO₃^2-和3~9mg/L的腐植酸均无影响,而高浓度的HCO₃^-(370mg/L)、SO₄^2- (8.64g/L)、Cl^-(72g/L)和腐植酸(27mg/L) 3~4d以及SiO₃^2-(72mg/L) 2~4d的存在明显降低该技术对As的吸收富集,并对As(III)的作用更大.将Zr-oxide DGT技术应用于南京市地表水体,并与传统的主动监测方法进行比较,发现利用Zr-oxide DGT技术测得的溶解态As浓度与传统的主动采样技术测定浓度一致.