桂畔海河底泥中氨氮分布及释放规律

董 志 虎

(天津市市政工程设计研究院，天津 300000)

桂畔海河底泥中氨氮分布及释放规律

董 志 虎

(天津市市政工程设计研究院，天津 300000)

针对桂畔海河水体中氨氮季节性变化较大的特点，在分析底泥构成的基础上，探讨底泥中氨氮的分布特性及其释放对水质的影响，并分别考察温度、溶解氧和扰动强度对水体中氨氮浓度的影响。结果表明：在试验温度范围内，随着温度的升高，氨氮的释放量由0.91 mg/L增加到2.16 mg/L；溶解氧由低溶解氧状态升高到高溶解氧状态，水体中氨氮浓度下降1.03 mg/L。同时，扰动大大促进了底泥中氨氮的释放。

桂畔海河，氨氮，底泥，水质

0 引言

近年来，在顺德区快速发展的同时当地河涌污染逐渐加重，红岗涌、石洛涌、仙洞涌的黑臭以及大良河的劣Ⅴ类致使桂畔海河水质指标严重超标。监测表明，部分污染物质的含量超过劣Ⅴ类标准，其中，氨氮的存在具有鲜明的特征与代表性。从2013年—2016年，通过分析桂畔海河的水质监测资料，发现水体呈现低温时氨氮超过劣Ⅴ类水体标准[1]，常温下指标又下降的特点。前期研究表明，底泥中氨氮对水体水质影响重大[2]，因此，需要研究底泥中氨氮存在形态、分布规律、释放特征以及水流状态对水体水质的影响。

国内外已经做了很多关于底泥释放污染物的研究[3]，但是针对河道底泥的研究较少。现阶段，在外源污染得到有效控制后，内源污染成为制约河流水质的另一个重要原因。吸附在底泥胶体上的污染物在环境因子的改变下，与孔隙水发生交换，分散在水中，造成了河流的二次污染[4]。基于此，本文以桂畔海为研究对象，将环境因子作为自变量，探究桂畔海河底泥对氨氮的吸附特性，进行了底泥中底泥氨氮释放模拟实验[5]，探讨其在河道底泥中的迁移机制，为治理桂畔海河提供科学依据。

1 实验材料与方法

1.1 样品的采集与处理

为了考察桂畔海河断面底泥污染物空间赋存情况[6]，进行了底泥采样与分析。相关采样信息如下：

采样时间：2016年1月～2016年12月。

采样地点：新滘节制闸、灰炉涌节制闸、石排节制闸。

采样点布置(见图1)。

样品采集与保存方法：采用水样采集器分别取桂畔海南岸、河中心、北岸的上、中、下层共7个取样点的桂畔海河水样，置于采样瓶中；同时采用抓斗式采泥器采集表层5 cm底泥，将其装入密封的采样瓶；带回实验室，于4 ℃低温下短暂保存。

1.2 实验设计

用粗颈漏斗向实验装置中缓缓加入底泥样品，同时不断的振荡装置，使底泥平铺至距装置底部3 cm；然后用虹吸法向装置内加入去离子水，放置3 d，待水体达到稳定后，测定上覆水和底泥各指标的初始值后，进行以下实验。

1.2.1 温度对底泥氨氮释放的影响

用生化恒温培养箱分别将水体温度调节至5 ℃,10 ℃,15 ℃,20 ℃,25 ℃,30 ℃,35 ℃六个梯度，静置、自然复氧状态下，分别反应1 d后，测定各指标并记录。

1.2.2 溶解氧对底泥氨氮释放的影响

为了确保厌氧实验的进行，在装置水面以上始终通入氮气，静置1 d；模拟好氧实验时，调节曝气装置使水体溶解氧逐级增肌，其余实验步骤同上。

1.2.3 扰动对底泥氨氮释放的影响

调节搅拌桨至其下沿距离泥面3 cm处，然后将搅拌桨转速分别调节为0 rad/min,50 rad/min,100 rad/min,150 rad/min,200 rad/min,250 rad/min,300 rad/min；静置、自然复氧状态下，分别反应1 d，其余实验步骤同上。

1.3 分析方法

指标检测方法见表1。

表1 指标检测方法

2 氨氮释放影响因素及规律分析

2.1 温度

本次实验分别对5 ℃～35 ℃下试验后上覆水中的氨氮浓度进行了测定，同时根据实验前装置稳定运行后测定的初始值计算后得出底泥中污染物向上覆水的扩散量。

由图2可以看出，氨氮在底泥—上覆水体之间的释放量和扩散速率与温度呈正相关，尤其是在温度高于22 ℃以后，氨氮的扩散量上升速度明显增大，这是因为较低温度时，生物活性低，底泥和水污染物交换主要基于两相间的浓度梯度。因此，5 ℃时，氨氮从底泥向上覆水扩散的趋势。当温度逐渐升高时，底泥中微生物的活性增强，氨化作用加强，使有机态氮转化为无机态的氨氮而释放。同时，温度升高使水中的溶解氧降低，促进了反硝化作用的进行。

2.2 溶解氧

由图3看出：随着水体中溶解氧的增加，其中氨氮浓度逐渐降低；这是因为在好氧条件下，底泥中的脲酶和蛋白酶活性较低；而在厌氧条件下，增强了两种酶的活性，从而使含氮有机物在酶促作用下，分解生成特定的氨氮。

2.3 水体扰动强度

由图4可以看出，扰动明显增大底泥中氨氮向上覆水体扩散系数，表现为明显促进了氨氮的释放。扩散作用导致氨氮从高浓度方向向低浓度方向迁移，因此扰动会加速这种扩散作用，使底质中的间隙水扩散到上覆水中。此外，在一定风力条件引起的底泥的扰动，使底泥处于再悬浮状态，这种再悬浮状态会强烈地影响氨氮在底泥—上覆水界面间的再分配，部分营养元素可从沉积物中向上覆水释放，使水体营养负荷增加。同时，扰动增加了底泥颗粒的反应界面，从而促进沉积物中氨氮的释放，并加速了沉积物间隙水中氮的扩散。

3 结语

本文采集桂畔海河断面新鲜底泥和河水开展室内模拟实验，研究该水源底泥中氨氮的释放规律。实验结果表明，从5 ℃到35 ℃过程中，底泥中氨氮的释放量增加了1.25 mg/L，在不断向水体充氧时，水体中氨氮迅速降低；当水体溶解氧达3.14 mg/L时，水体中氨氮浓度降低速度逐渐变缓；同时，扰动大大促进了底泥中氨氮的释放，350 rad/min时，水体两者浓度分别比静置时增加了16.34 mg/L。

[1] 刘亚丽，张 智，段秀举.湖泊底泥释氮预测模型及释氮控制研究[J].农业环境科学学报,2006,25(6):1603-1606.

[2] 贺宝根，周乃晟，袁宣民.底泥对河流的二次污染浅析[J].环境污染与防治,1999(3):41-43.

[3] Xie L Q, Xie P, Tang H J. Enhancement of dissolved phosphorus release from sediment to lake water by Microcystis blooms-an enclosure experiment in a hyper-eutrophic, subtropical Chinese lake[J]. Environ Pollut,2003,122(3):391-399.

[4] 郑淑君，郭加宏，王道增.底泥—上覆水界面污染物释放机制的数值模拟[J].上海大学学报(自然科学版),2013(6):591-597.

[5] 文 威，孙学明，孙淑娟，等.海河底泥氮磷营养物静态释放模拟研究[J].农业环境科学学报,2008(1):295-300.

[6] Toropov A A, Toropova A P, Cappelli C I, et al. CORAL: Model for octanol/water partition coefficient[J]. Fluid Phase Equilibria，2015(397):44-49.

Distribution and release of ammonia nitrogen in the sediments of the Gui pan-hai river

Dong Zhihu

(TianjinMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstitute,Tianjin300000,China)

According to the characteristics of large seasonal changes of ammonia nitrogen in Foshan section of Gui pan-hai river. Based on the analysis of the sediment composition, discuss the distribution characteristics of ammonia nitrogen in the sediment and its release to the influence of water quality, temperature, dissolved oxygen, and turbulence intensity are investigated respectively the influence of ammonia nitrogen in water. The results show that the test temperature range, with the increase of temperature, ammonia nitrogen release quantity from 0.91 mg/L to 2.16 mg/L, dissolved oxygen from low dissolved oxygen increased state to state, high dissolved oxygen in water ammonia nitrogen concentration of 1.03 mg/L. At the same time, the disturbance is greatly promote the release of ammonia nitrogen in the sediment.

Gui pan-hai river, ammonia nitrogen, sediment, water quality

1009-6825(2017)21-0176-02

2017-05-11

董志虎(1989- )，男，助理工程师

TU991.21

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