汾河夏季底泥耗氧速率试验研究

(运城市水务局汾河站，山西 运城 044000)

汾河夏季底泥耗氧速率试验研究

武新朝

(运城市水务局汾河站，山西 运城 044000)

本文以汾河运城段为对象，利用微循环装置得到夏季底泥耗氧速率，对比分析影响SOD环境条件，分析SOD与河流中COD、NH3-N的关系，结果表明：夏季平水期流量下(7.25～14.7m3/s)SOD与HN3-N、COD相关性较差。通过冬夏季试验综合分析，SOD变化的本质是水质污染造成的；流量变化只影响污染物浓度，并没有影响污染物总量；微生物也是水质富养物质交换到底泥中的反映，反过来通过大量耗氧来降低水中溶解氧，客观上抑制了污染物的降解。底泥污染实质是上覆水污染物在空间和时间上的转移，底泥耗氧也同样是上覆水耗氧在空间和时间上的转移。

底泥耗氧速率；汾河运城段；SOD；COD；NH3-N；相关性

之前，研究小组利用人工脉动循环装置对冬季汾河底泥耗氧速率进行了试验研究[1-14]，研究结果显示：汾河运城段在冬季底泥耗氧量(SOD)与化学需氧量(COD)有较好的相关性，说明底泥与河流水存在还原性物质交换。汾河属北方季节性河流，研究不同季节耗氧速率对汾河水生生态具有重要意义。本试验以汾河运城段为研究对象，对比分析影响SOD的环境条件，研究汾河运城段夏季SOD的分布及变化特点，揭示SOD与化学需氧量(COD)及氨氮(NH3-N)的相关性规律，并与之前冬季试验结果比较，为汾河的综合治理、水生态修复提供依据。

1 方案

1.1 取样点布置

为了与冬季试验形成对比，同样选取冬季试验7个位置取样，其采样点位置1号为南梁、2号为新绛东环路桥、3号为新稷交界处、4号为稷山老汾河桥、5号为河津老汾河桥、6号万荣西范桥、7号汾河入黄口，如图1所示。

图1 汾河运城段底泥采样点位置分布示意

1.2 微循环装置

为了水体微循环更趋于平稳，更接近实际水流状况，采用盆景喷泉用的微循环泵, 泵体进水口在下，出水口在上，泵体和出水管总长27cm(进、出水口距离)，泵体进水口离底泥表面1.5cm左右，出水口离水面2.5cm左右，微循环泵最大扬程40cm，最大流量50mL/s。整个装置处于密封玻璃量杯内。

采用HANNA HI2400溶解氧仪测定溶解氧(DO)，5min一次读数，续批式测定。具体的试验装置如图2所示。

1.3 不同循环速度的SOD测定

微循环泵的额定流量为50mL/s，试验前，避免流量过大会对底泥有冲刷作用，故用管卡将流量调低至10mL/s。试验过程中发现测定值波动较大，稳定性较差，上履水循环不明显, 点据散乱，相关性差，相关系数仅0.43。第二次试验将管卡去掉，所得测定值稳定性较好，相关系数达0.98，故微循环泵的流量取50mL/s。此次试验与冬季相比，由于采用微循环泵代替自制循环泵来进行循环试验，循环的速度更均匀，相关系数0.98。图3为不同循环速度的SOD测定结果，表1为不同循环速度的SOD测量值。

图2 汾河运城段底泥耗氧试验装置

图3 不同循环速度对比

表1 不同循环速度的SOD测量值

2 影响SOD环境条件对比分析

2.1 原样水与蒸馏水对比

试验时，在同一采样点选取两组泥样分别做原样水与蒸馏水对比试验，选1号做原样水试验，原样水减去空白试验值得出SOD为1.6344(原样水为2.7208，空白试验为1.0864)，而上履水采用蒸馏水(7号)得出试验值为5.2385，比原样水得到的高出2.2倍。通过查找相关资料，了解到由于溶解性物质在底泥界面和孔隙水之间分子扩散过程的主要动力为该物质在上履水体中与底泥孔隙水中的浓度差，而蒸馏水的水质比原样水洁净，所以浓度差增大，导致SOD和还原性物质扩散通量的增加，因此蒸馏水比原样水做出的结果要高。但是根据苏州河对比试验，高出幅度为23%～180%，平均高出103%,本试验采样为平水期，高出2.2倍有点离奇。经进一步分析，发现同一时间同一地点两个样品都含有微生物颤蚯蚓，而且7号样密度远大于1号，为此又取3号作对比试验。从外观看1号和3号颤蚯蚓数量和大小比较接近，得出蒸馏水比原样水高出42.9%。表2可以比较客观反映原样水比蒸馏水试验差度，为了统一标准,便于和以前的试验对比，采样点的数据都采用蒸馏水试验结果。

表2 不同上履水试验对比

2.2 有无微生物(颤蚯蚓)比较

图4 底泥微生物

在做7号试验半小时后，发现底泥层表面1cm有大量红色颤蚯蚓在蠕动，仔细观察，颤蚯蚓都是从泥层竖直向钻出来，最大的有3～4cm，如果玻璃量筒受到震动，颤蚯蚓会停止蠕动钻入泥中。为了弄清颤蚯蚓对SOD的影响，5月31日又在发现颤蚯蚓的汾河入黄口(7号位置)再次采泥样两组，分别用蒸馏水和4%的甲醛水来做对比试验，这次两组底泥中微生物的密集程度比7号样明显偏小。4号用4%的甲醛水杀灭底泥中微生物，测定装置试验步骤与其他操作条件相同。试验得到的结果见表3。4号与3号对比，微生物耗氧是底泥耗氧的1.1倍，与7号对比可达3.7倍。可见夏季微生物在底泥总耗氧所占比重之大，但是底泥微生物在时间和平面分布上变化很大，6号样未发现颤蚯蚓，而7号点同一位置几次采样颤蚯蚓含量差别很大，说明这种微生物在适宜的环境可以快速繁殖，环境短时间的改变会导致该类微生物的大量消亡。

表3 有无微生物的SOD测量值

3 试验结果分析

3.1 SOD及其变化情况

7个监测点测定的SOD及其变化情况见图3和表1。沿程底泥耗氧速率试验结果见表4和图5。

由表4可知夏季平水期SOD波动比较小，最大值为2.5986，最小值为1.0086。

3.2 SOD与河流中COD、NH3-N的关系分析

虽然SOD沿河变化较大，但是现场采样发现一个规律，凡是河水污染较小的采点，SOD试验结果就小，说明底泥耗氧速率是不稳定的。为此，SOD试验的同时，将同采样点的河流水质进行化验，得出主要污染物指标COD与NH3-N值(见表5)，并与SOD对比进行相关分析(见表6)，对比时发现在西范桥处COD为63.5，而测得SOD则是1.7965。从图7沿程变化线也可以看出来西范桥点COD、SOD突然升高，说明在河津老桥和西范桥之间有较大的污染源，只是历次排污口普查没有发现而已。

表4 汾河夏季底泥耗氧速率(2011)

图5 汾河运城段夏季沿程各监测点SOD试验室测定值

表5 夏季SOD与COD、NH3-N的测定值(2011年)

表6 夏季SOD与COD、NH3-N相关性

图6 夏季SOD与COD、NH3-N相关性

从表6、图6可以看出， SOD与COD、NH3-N相关性较差。

图7 夏季SOD与COD沿程浓度变化曲线

虽然夏季SOD与COD相关性差，但是从二者沿程变化曲线可以看出，SOD有一个随COD增减变化的趋势，河流经过新绛、稷山两县城段COD直线上升，SOD值从新绛东环路桥到新绛稷山交界处有上升趋势，从新绛稷山交界处到稷山是下降趋势。河津县城污染减轻，COD、SOD也相应降下来，到西范二者都升上去，庙前都降下来。水质污染严重的地方SOD也相应地变高，说明SOD随水质变化波动很大。而且通过庙前采样点5组样品试验结果对比分析，忽略试验条件的影响，同一采样点受上覆水水质、流量、微生物等因素影响SOD值变化较大(1.1158～5.2385)，宏观分析本次夏季试验可以看出,汾河运城段SOD既有沿程的变化，也有随时间的变化。

4 结 论

a. 夏季平水期流量下(7.25～14.7m3/s)SOD与HN3-N、COD相关性较差。结合冬夏季试验综合分析，SOD变化的本质是水质污染造成的；流量变化只影响污染物浓度，并没有影响污染物总量；微生物也是水质富养物质交换到底泥中的反映，反过来通过大量耗氧来降低水中溶解氧，客观上抑制了污染物的降解。底泥污染实质是上覆水污染物在空间和时间上的转移，底泥耗氧也同样是上覆水耗氧在空间和时间上的转移。

b. 夏季SOD值变化在1.0～2.6之间，冬季值变化在1.6～10.9之间；从沿程浓度变化对比线看，SOD值是随着COD浓度增减而增减，污染严重的河段SOD值也相应增高。

c. 原样水比蒸馏水值偏高(50%左右)，原因是蒸馏水的水质比原样水洁净，浓度差增大，导致SOD和还原性物质扩散通量的增加，所以蒸馏水比原样水检测出的结果要高。

d. 夏季底泥中微生物对SOD值影响很大，同一位置因颤蚯蚓影响SOD差别可达3.7倍，说明在适宜微生物生存的环境下测得的SOD值远高于别处。

e. 试验装置水流循环对测试结果的影响很大，DO仪探头对流速敏感，循环速度直接影响测试结果的可靠性，循环速度宜采用不掀起底泥的最大流速。

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StudyonsummerbottomsedimentoxygendemandrateinFenheRiver

WU Xinchao

(YunchengWaterBureauFenheStation,Yuncheng044000,China)

In the paper, fenhe River Yuncheng segment is adopted as an object. Microcirculation device is utilized for obtaining summer bottom sediment oxygen demand rate. Environmental conditions affecting SOD are analyzed comparatively. The relationship among SOD, COD and NH3-N in river is analyzed. The results show that the correlation of SOD, HN3-N and COD is worse under summer normal season flow rate (7.25～14.7m3/s). SOD changes is caused by water pollution essentially. Flow rate change only affects pollutant concentration rather than total amount of pollutant. Microorganisms also reflect exchange of water-rich substances to the bottom sediment. Dissolved oxygen in water is reduced through large amount of oxygen consumption on the contrary. The degradation of pollutants is inhibited objectively. Sediment pollution actually belongs to transfer of water pollutants in space and time. Sediment oxygen demand also belongs to transfer of water oxygen consumption in space and time.

bottom sediment oxygen demand rate; Fenhe River Yuncheng segment; SOD; COD; NH3-N; correlation

TV213.4

：A

：2096-0131(2017)09-0049-06

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.09.012