文思湖底泥COD释放规律模拟研究

罗玉红，苏青青，高婷，赵小蓉

（三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌443002）

文思湖底泥COD释放规律模拟研究

罗玉红，苏青青，高婷，赵小蓉

（三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌443002）

采用室内模拟实验方法，研究环境因子（温度、pH、扰动强度、供气量)对底泥释放COD的影响。结果表明，水温升高能加速底泥中有机质的释放；上覆水在弱酸至中性条件下底泥释放有机质最低；扰动上覆水体会加快有机质的释放。

文思湖；COD释放规律；温度；扰动；pH值

莲心湖、文思湖和连接两湖的求索溪，是三峡大学校园内的景观水体。该水体原属沙河水系，与长江的支流黄柏河相通。随着城市发展和校园建设，校园内的水体逐步成为相对独立、封闭的缓流水体。沙河污水处理厂建设运行后，原直接进入水体的生活污水绝大部分被截流至污水处理厂，仅有少数生活污水受条件限制没有纳入污水管道，零星汇入水体。前期的研究结果表明，这段景观水体已经受到严重污染，富营养化严重（水质监测结果见表1），不能满足景观水体的水质要求[1～2]，亟需合适的方法来恢复水体功能。

文思湖地理位置较其上段莲心湖、求索溪更为复杂:一部分岸边为三峡大学校区，另一部分则为校外周边居民区。目前，水体外源污染得到控制，主要污染源为水体底泥。本研究采集水体底泥，人工模拟底泥释放过程，预测研究对象在上覆水中可能的释放量、释放速率，为校园生态水体的构建提供基础数据。为找出沙河水体底泥的释放规律，采集了该水体底泥，人工进行模拟静水和动水状态下底泥中污染物释放过程，预测底泥中N、P和COD在上覆水中可能的释放量、释放速率，探索营养物释放速率规律，为提供合适的底泥生态修复措施提供依据。

表1 三峡大学地表水水质

1 材料和方法

1.1 样品采集和准备

底泥样品采集与处理:用ETC-2型底泥采样器，多次多点采集文思湖、求索溪底泥作为实验用底泥样品。采集的底泥呈黑色流塑状，腥臭味浓，含水丰富。用于各点底泥成分分析的样品用塑料袋封装、标识，运回实验室；用于释放实验的底泥用PVC桶盛装，运回实验室，混匀，待稍干后用，并取混匀样做成分分析。各成分分析用泥样经风干、磨细、过筛后保存、检测。主要检测项目及方法为:TN（半微量凯氏法）[3]、TP（酸溶光度法）、总有机质（重铬酸钾氧化稀释法）[4]、pH值（土壤水浸提液pH法） 和含水率（重量法）。其结果如表2所示。

表2 底泥成分分析结果

1.2 实验方法

实验拟研究上覆水pH值、水温、DO、扰动等因素对底泥中N、P、有机质等污染物释放的影响规律。

考虑到水中物质浓度下降与微生物的大量生长繁殖之间关系复杂，故实验观测重点为营养物浓度上升段，当前后两天水样浓度差别小于5%时即视为释放基本达到平衡，加大水样取样时间间隔。

1.2.1 静水实验

静水实验采用文思湖混合泥样。实验前后分别取泥样检测。释放实验中，设置空白和平行样，每天于水面下10 cm处取水样分析。

温度因素实验中，水土比 （f） 为43，水温水平设置为5℃、10℃、16℃、22℃和27℃，pH值保持7，在实验过程中监测。

pH值因素实验中，水土比（f） 为43，平均水温为10.9℃，上覆水初始pH值分别为4，6，7， 8， 10。

1.2.2 动水实验

动水实验采用文思湖上游段混合泥样，水土质量比为107∶1。实验设置空白和平行样，平均水温为10.9℃，pH值保持7。

扰动因素实验中，每天在泥面上5 cm处对上覆水进行扰动，扰动强度（GT值） 分别为64，320，640和1 280，停止扰动20min后在水面下5 cm处取水样进行分析。

DO因素实验中，每天上午在水面下5 cm处取水样进行分析，下午在上覆水中充氧（空气），供气量分别为9 L/d、23 L/d和46 L/d。

1.2.3 实验检测项目

水样分析采用标准方法[5]，检测项目有水温、pH值、电导率、DO、浊度、CODMn、TN、NH3-N、TP等。

2 结果与讨论

分别在静水条件和动水条件下加以各种不同作用控制下的底泥中有机质释放结果如图1～4所示。

2.1 温度对COD释放的影响

根据图1，除了低温5℃和10℃以外，水温稍高时几条释放曲线的最大值接近，前几天明显释放较快，随后下降，随着时间推移，有机质浓度达到某一值后趋于平衡。温度对矿物质吸附有机质和微生物生长均有不同程度的影响，低温有利于底泥中矿物质和有机质之间作用力的形成，使底泥中的有机质处于相对稳定的状态。

图1 不同水温的上覆水CODMn值

2.2 pH值对COD释放的影响

pH值主要是通过影响矿物质和有机质之间的作用力来影响COD的释放[6]。同时，pH值也是微生物生长的重要影响因子，可以通过影响微生物生长情况来影响COD的释放，但影响较小。pH值对COD释放的影响如图2所示。为避免扰动，pH值条件因素实验中，底泥释放期间没有调节上覆水的pH值以使其保持固定水平，由于底泥的作用，上覆水pH值逐步趋于一致。图2表明，偏酸性和偏碱性的水样，更有利于CODMn的释放，释放量最低值出现在pH值为6的水样中。10天后上覆水的pH值逐步趋于一致，其CODMn的变化规律也趋同。

图2 不同pH值的上覆水CODMn值

2.3 扰动对COD释放的影响

如图3所示，扰动使底泥向上覆水中释放的有机质量增加；随着扰动强度的增大，上覆水中有机质浓度增大，在释放初期浓度差距明显；随后，扰动强度64，320，640系列的有机质浓度趋于一致。扰动使底泥营养物更充分地向上覆水中释放，特别是当扰动强度达到某一强度（类似于泥沙起动流速）时，由于参与释放的下层底泥增加，上覆水中有机质浓度会大幅度增加。

图3 不同扰动强度的上覆水CODMn值

2.4 DO对COD释放的影响

水体中溶解氧水平对底泥COD的释放有着重要的影响，溶解氧主要是通过影响微生物活性来影响COD的释放。前人研究表明，在正常条件下，COD释放量介于好氧状态和厌氧状态（释放量最大） 之间。

充氧对上覆水中有机质的影响如图4所示。充气9 L/d的上覆水的有机质浓度稍低，可能充气量大对于底泥有相对较强的扰动。图中显示充气量为23 L/d、46 L/d的有机质释放量较大，释放曲线相互交错，可能是充氧造成的扰动干扰了充氧效果的反映。

图4 不同供气量的上覆水CODMn值

3 结论

本组静水与动水实验结果表明: （1） 水温升高能加速底泥中有机质的释放。在没有对污染水体进行充氧的条件下，温度升高会加重水体污染，这也可以说明大部分受到污染的水体夏季污染程度比冬季严重。 （2） 上覆水在弱酸至中性条件下，底泥释放有机质最低（实验结果释放有机质的最低值出现在pH值为6时)；弱碱性（pH=8）条件下，有机质倍增。酸性条件下底泥的释放介于两者之间。酸性或碱性都会加重水体污染，在对水体污染进行治理时应尽可能控制水体pH值在6～9，一方面有利于抑制底质中污染物的释放，另一方面有利于微生物的生长，加快污染物的降解。（3） 扰动上覆水体会加快有机质的释放，因此挖掘湖泥、疏通水道如控制不当，会促进底泥污染物的释放，加重水体的富营养化。

实验证明，湖泊底泥中COD的释放是水体富营养化不可忽视的重要因素。实验中得到的底泥COD释放量及释放规律，有利于确定水体中因底泥释放引起的背景浓度变化。

[1]国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.GB3838-2002地表水环境质量标准[S].北京:中国环境科学出版社，2002.

[2]刘载芳，刘和平，扬廷捷.GB12491-91景观娱乐用水水质标准[S].北京:中国标准出版社，1991.

[3]GB7173-87土壤全氮测定法（半微量开氏法)[S].北京:中国标准出版社，1987.

[4]李鸿恩，程岩，刘惠荣，等.GB8834-1988土壤有机质的测定法[S].北京:中国标准出版社，1988.

[5]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社，2002.

[6]朱健，李捍东，王平.环境因子对底泥释放COD、TN和TP的影响研究[J].水处理技术，2009，35（ 8):44-49.

Simulation on the Release of COD from Wensi Lake Sediment into Water

Luo Yuhong,Su Qingqing,Gao Ting,Zhao Xiaorong
（College of Hydraulic＆Environmental Engineering,China Three Gorges University，Yichang Hubei 443002,China）

The release of Chemical Oxygen Demand from lake sediment into up-covered static and dynamic water was studied though simulative experiments in laboratory.The research included the law of some effective factors such as temperature，pH，disturbance and DO to COD release.The results showed that:The higher the temperature was,the larger the COD released.The condition of neutral pH made the COD release amount decrease.The disturbance would contribute to COD release.

Wensi Lake;release law of Chemical Oxygen Demand;temperature;disturbance;pH

X143

A

1008-813X（2012）02-0045-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.02.012

2012-01-14

罗玉红（1976-），女，湖北钟祥人，毕业于武汉大学环境工程专业，硕士，讲师，主要从事水污染控制、环境影响评价的教学与研究。