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底泥的氮、磷释放及其微生物影响的研究
张恒军;吴群河
【期刊名称】《环境技术》
【年(卷),期】2003(000)0z1
【摘要】氮和磷在自然界的循环已经引起了人们的关注,一方面因为氮和磷是生态系统中必不可少的营养元素,另一方面过剩的氮和磷会导致水域的富营养化 ,从而使生态平衡遭受破坏.本文综述了水体沉积物中氮和磷受微生物作用进行释放的影响,以及国内外的研究历史和现状.总结了氮磷微生物代谢的特点,并阐述了与传统认识相区别的最新发现和思想.本文试图从理论上说明微生物的氮磷释放机理,通过生物化学和分子动力的角度解释了细菌对氮磷的吸收和释放,即质子动势理论和Pho调控理论.目前,这一领域研究的热点是为了特殊的使用用途对于高效微生物的分离鉴别和组合培养,和对氮磷代谢的影响因素.
【总页数】5页(P20-23，27)
【作者】张恒军;吴群河
【作者单位】中山大学环境科学与工程学院环境科学研究所,广州,510275;中山大学环境科学与工程学院环境科学研究所,广州,510275
【正文语种】中文
【中图分类】X820.3
【相关文献】
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实验方法--底泥对底泥进行采样后，送至实验室进行底质分析和氮释放的实验，并对提出的底泥修复方法进行实验验证。
实验用沉积物样品及源水水样取自目标水库。
沉积物样品采用彼得森取样器采集泥水界面表层2cm 以内新鲜沉积物，用聚乙烯保鲜袋运回实验室并用尼龙筛筛除泥样中沙子、石块，将沉积物表层水体用注射器抽干后将泥样混匀后直接保存。
模拟实验反应器采用容积为10L 的有机玻璃圆柱形容器，整个系统密封，沉积物样品去掉大的颗粒物后，装入反应器内。
反应器内装有2。
5L水库底泥，7。
5L 上覆水，在沉积物-水界面处留有取样口，密封达到厌氧条件。
装置外用黑色遮光材料包裹，避免光照对实验产生影响。
实验装置为自制的有机玻璃反应器，实验前，用空气泵对实验水样进行预充氧，使初始溶解氧含量处于定值。
从反应器顶部加入完全混合后的新鲜底泥，使反应器内底泥高度为10cm，然后用虹吸法加入实验水样，调整水样高度为15cm，加水样时应尽量避免底泥扰动。
实验过程中，用溶解氧测定DO含量，每隔1d用注射器由采样口采集50-60mL 水样。
用真空泵进行抽滤，注意所用的滤膜孔径，测定氨氮、硝态氮、铁和锰等物质的浓度。
水样分析采用水和废水标准方法：氨氮采用纳氏试剂比色法，硝态氮采用离子色谱法，重金属含量用ICP-MS检测。
1、底泥理化性质的测定主要理化性质检测方法含水率重量法挥发性有机物（VSS）重量法pH pH计重金属ICP-MSTN 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法？NH4+-N 次溴酸钠氧化法氧化后测定？NO3--N Zn-Cd法还原后测定？NO2--N 重氮偶氮分光光度法？DON 差减法（TN-DIN）有机质重铬酸钾容量法2、底泥氮释放情况的测定厌氧释放试验：拧紧带有密封圈的反应器瓶盖，将反应器置于生化培养箱内，温度控制在20±0.5℃。
采样∑=+-=ni i i C V C C V R 1n )(0前对水体进行了搅拌和混匀，因此假定水体氮浓度是一致的，而且假定水体对氮没有自净作用。
持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放孙小静1,2,秦伯强2,朱广伟2,张战平3,高永霞4(11华东师范大学资源与环境科学学院,上海 200062;21中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京 210008;31华北水利水电学院资源与环境学院,郑州 450008;41河海大学环境科学与工程学院,南京 210098)摘要:为揭示水动力扰动及其后续沉淀效应对湖泊内源氮、磷营养盐释放的作用,通过室内试验模拟了水体在受到持续扰动后又长时间静置沉淀的整个过程.结果表明,水动力扰动初期可引起底泥颗粒态和胶体态氮、磷向水体大量释放.在连续扰动015d 时,水体总氮(T N )和总磷(TP )浓度分别达最高值21106mg ΠL 和01272mg ΠL ;连续扰动1d 时,水体中胶体氮(C N )和胶体磷(CP )含量分别达最高值01452mg ΠL 和01052mg ΠL ;之后虽继续扰动,因颗粒物和胶体物质的凝聚沉淀作用超过了其悬浮量,T N 、TP 、C N 、CP 的含量却转而降低.在停止扰动后的静置过程中,大颗粒悬浮物迅速沉淀,而胶体物质沉降缓慢,静置时间超过1d 后,C N 和CP 含量才开始因絮凝沉淀而降低.真溶解态氮(UDN )和真溶解态磷(UDP )含量在扰动阶段升高较少而在静置1d之后有持续大幅度升高,说明胶体的吸附作用在扰动阶段限制了水体溶解态氮磷含量的升高,且延长了其悬浮后在水柱中的停留时间,在扰动后的静置阶段,胶体又会将吸附的氮磷解吸释放到水体中,从而延缓了营养盐去除和水质的改善.关键词:水动力;氮;磷;胶体;湖泊中图分类号:X524 文献标识码:A 文章编号:025023301(2007)0621223207收稿日期:2006208224;修订日期:2006210216基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目(K ZCX12SW 212);国家自然科学基金项目(40571006);国家高技术研究发展计划(863)项目(2002AA601011)作者简介:孙小静(1977～),女,博士,主要研究方向为湖泊水环境和土壤污染控制,E 2mail :sxjkerry @s R elease of Colloidal N and P from Sediment of Lake C aused by Continuing H ydrodynamic DisturbanceS UN X iao 2jing1,2,QI N Bo 2qiang 2,ZH U G uang 2wei 2,ZH ANG Zhan 2ping 3,G AO Y ong 2xia4(11C ollege of Res ources and Environmental Science ,East China N ormal University ,Shanghai 200062,China ;21Nanjing Institute of G eography and Limnology ,Chinese Academy of Sciences ,Nanjing 210008,China ;31School of Res ource and Environment ;N orth China Institute of Water C onservancy and Hydropower ,Zhengzhou 450008,China ;41C ollege of Environmental Science and Engineering ,H ohai University ,Nanjing 210098,China )Abstract :The course of continuing hydrodynamic disturbance and succeeding long time settlement of lake water was simulated to study therelease of nitrogen (N )and phosphorus (P )from lake sediment.I t was showed in the experiment that the hydrodynamic disturbance caused abundant release of particulate and colloidal phosphorus and nitrogen.The concentration of total nitrogen (T N )and total phosphorus (TP )in water reached the highest values of 21106mg ΠL and 01272mg ΠL ,respectively ,when the water was disturbed for 015d ,and the concentration of colloidal nitrogen (C N )and colloidal phosphorus (CP )in water reached the highest values of 01452mg ΠL and 01052mg ΠL ,respectively ,when the water was disturbed for 1day.Then ,the concentration of T N ,TP ,C N and CP turned to decrease despite the continuing disturbance ,for the particles and colloid deposited exceeded that suspended.During the settling phase after disturbance ,the bigger suspended particles deposited quickly while the tiny colloid deposited much slower ,and the concentration of C N and CP did not decrease until the water was settled for 1day.The concentration of ultra 2filtrated diss olved nitrogen (UDN )and ultra 2filtrated diss olved phosphorus (UDP )increased much m ore in the settling phase than in the disturbing phase.I t can be drawn that the ads orption of colloid limited the increase of diss olved N and P in lake water in the disturbing phase and prolonged the time of suspended N and P stayed in water.And the N and P ads orbed by colloid could als o be released into water in the settling phase after disturbance ,which delayed the elimination of nutrition and im provement of water quality.K ey w ords :hydrodynamic ;nitrogen ;phosphorus ;colloid ;lake 湖泊营养盐内源释放问题引起了越来越多环境工作者的关注[1～6].对于太湖这样的大型湖泊而言,因其水体较浅、受风浪扰动剧烈、底泥频繁再悬浮,风浪扰动可将表层底泥中的营养盐释放出来,这种动态内源释放对水质影响很大[6～9].前期的水槽试验研究发现,波浪扰动可使水体中总磷含量显著升高,而且随着波浪扰动作用持续,悬浮物中细颗粒胶体组分含量明显增加,使得悬浮物对水体磷的吸附能力增强,成为了限制水体溶解性磷浓度升高的一个重要原因[5].然而由于当时试验条件限制,水槽试验中水动力扰动持续时间较短,对长时间持续扰动和扰动后的静置过程中溶解态营养盐含量变化情况未能监测,对水体中胶体组分的含量变化以及第28卷第6期2007年6月环 境 科 学E NVIRONME NT A L SCIE NCEV ol.28,N o.6Jun.,2007胶体吸附营养盐的情况也未能加以研究.关于胶体对元素的吸附作用,对土壤胶体的研究较多,如胶体物质比普通土壤颗粒物的吸附能力高很多,紫色水稻土有机无机复合胶体对磷的吸附能力比土壤高014～6169倍[10];土壤对P 的吸附既包括可逆的快速表面吸附,又包括缓慢地引起P 与铁铝氧化物共沉淀的络合反应[11].相比而言,关于湖泊底泥悬浮物及其中的胶体成分对水体N 、P 的吸附作用过程和规律的研究鲜见报道.为了系统地研究持续扰动和扰动后静置过程中水体的胶体态、颗粒态和溶解态营养盐含量变化情况,揭示水动力扰动及其后续静置过程对内源营养盐的释放作用,本研究通过室内试验模拟了水体在受到长时间持续扰动后又长时间静置沉淀的过程,定时观测了该过程中悬浮固体和胶体态及溶解态氮磷营养盐含量变化情况,探讨了胶体在湖泊营养盐循环中的作用,以期为更深入认识湖泊营养盐内源释放规律提供试验依据.1 材料与方法试验用的底泥于2005212227采自梅梁湾北部三山岛附近,底泥平均含水率为53105%,总磷(TP )含量为515mg Πkg ,烧失量(LOI )占底泥干重的百分比为3188%.本试验所用容器为底面直径50cm ,高60cm 的圆桶型有机玻璃容器(见图1).将底泥均匀铺于容器底部,泥厚约6cm.底泥铺好后,用虹吸管沿器壁向容器缓缓注入纯净水,注水时非常谨慎以免扰动底泥.注水至深度约50cm ,然后静置2d 使泥水达到物质交换平衡.图1 水动力扰动试验装置示意Fig.1 Sketch map of the equipment for experiment扰动试验前先采集背景水样.然后开启搅拌器,由小到大缓慢提高转速,至表层底泥受到普遍扰动并大量悬浮为止,此时搅拌器转速为170r Πmin ,转动子与底泥上表面间距为10cm ,然后保持此转速持续扰动.连续扰动2h 时采第1次水样.之后每隔015d 采1次水样,当连续扰动2d 后,停止搅拌,使水体静置,并按照一定的时间间隔采集水样.由于试验容器的容积有限,为保持一定的水量,在扰动期间,每次采完水样,立即向容器缓缓补充入等量的去离子水,由于扰动充分并且每次采样的时间间隔足够长,足以使水体充分混合并使泥水界面的物质交换达到平衡.静置期间采过水样后不再补充去离子水.每次采样位置为水体表面以下10cm ,采样量为8L ,其中约1L 用于测定悬浮固体含量(SS )和悬浮固体粒度,其余立即进行预过滤和切向流超滤,以收集胶体浓缩液和超滤液.水样首先通过装1μm 滤芯(Millipore 公司生产,型号CR0171006,聚丙烯材料)的预过滤系统(10inch Millipore prefilter ),得到的预滤液用于切向流超滤.超滤系统为Millipore Standard Pellicon System.膜为孔径1000(相对分子质量)的Millipore P LAC 超滤膜堆.因此本研究中的胶体是能透过1μm 滤膜且被1000(相对分子质量)超滤膜阻止的微粒.水样的超滤和超滤系统清洗流程参见文献[12,13].本研究中的总氮(T N )、总磷(TP )是指水样中总的氮、磷含量;胶体氮(C N )、胶体磷(CP )是指水样中能通过1μm 预滤膜且被1000(相对分子质量)超滤膜截留的胶体物质中的氮、磷含量;真溶解态氮(UDN )、真溶解态磷(UDP )是指水样经1000(相对分子质量)超滤膜超滤后透过液中总的氮、磷含量.SS 的测定采用Whatman G F ΠC 玻璃纤维滤膜抽滤后105℃烘干称重法[14].悬浮物中有机物的含量指将烘干的悬浮物在550℃下灼烧5h 后的重量损失,即用悬浮固体烧失量SS LOI 表征[15].悬浮物粒度用Malvern Instruments Ltd (UK )公司生产的Mastersizer 2000激光光透式粒度仪测定.水样中T N 、TP 和UDN 含量采用过硫酸钾消解后钼锑抗分光光度法测定[14].UDP 是将水样经1000(相对分子质量)膜超滤后的超滤液消解后用SK A LAR 连续流动分析仪测定,磷酸根磷(PO 42P )则是将超滤液直接用SK A LAR 连续流动分析仪测定.C N 、CP 含量的计算方法同文献[12,13].相关分析采用SPSS 统计软件完成.2 结果与分析211 试验中SS 和SS LOI 含量变化试验中SS 和SS LOI 含量的变化情况如图2(a )4221环 境 科 学28卷所示.由图2(a )可知,SS 含量首先在扰动作用下迅速升高,在开始扰动的2h 里升高最快,由扰动前的2810mg ΠL 迅速升高到50616mg ΠL ,在连续扰动015d 时达最大值64710mg ΠL ,之后一直到搅拌停止却转而降低,在连续扰动2d 时已经降到25417mg ΠL.停止扰动后SS 含量继续降低,静置的前2h 降低最快,由25417mg ΠL 降到了10118mg ΠL ,之后直到静置10d 试验结束SS 基本呈缓慢降低趋势,在静置10d 时降到了3516mg ΠL.这说明当水动力扰动持续时间超过某一长度后,悬浮固体含量会随扰动的持续而降低,也就是一部分悬浮固体会又沉淀进入底泥.朱广伟等[7]在太湖的实地观测发现,当风速增至12m Πs 时,水体SS 含量可增至507mg ΠL ,这一值和本研究中扰动2h 时的SS (50616mg ΠL )非常接近,因此本试验中的扰动作用情况大致相当于野外风速12m Πs 时风浪对太湖底泥的作用情况.图2 试验中SS 、SSLOI 含量变化(a)和LOI 百分含量变化情况(b)Fig.2 Variation of SS and SS LOI (a )and percentage of LOI in SS (b ) 表征悬浮物中有机物含量的SS LOI 与SS 含量的变化趋势非常一致,相关分析结果也表明两者呈显著正相关,相关系数达01991(p ≤0101,n =13).说明悬浮物中有机质含量会随悬浮固体含量的变化而发生相应变化.悬浮物中LOI 所占百分比的变化情况如图2(b )所示,与图2(a )对比发现,LOI (%)的变化趋势与SS 和SS LOI 含量的变化趋势基本相反.由相关分析知,LOI (%)与SS 和SS LOI 均呈显著负相关,相关系数分别为-01883(p ≤0101,n =13)和-01891(p ≤0101,n =13).结合图3中悬浮物粒度的分析结果,发现SS 含量越高,悬浮物中粗颗粒成分越多;SS 含量越低,悬浮物中细颗粒占的百分比越大.当SS 含量越高即粗颗粒成分越多时,悬浮物中有机质的百分比越小;当SS 含量越低即悬浮物中胶体为主的细颗粒成分含量越高时,有机质所占的比例越大.所以粗颗粒悬浮物中有机质百分含量小于包含胶体物质在内的细颗粒悬浮物中有机质的百分含量.212 悬浮物粒度变化图3为试验中悬浮颗粒中值粒径和胶体占总悬浮物百分比的变化曲线.由图3可知,扰动使得悬浮物中值粒径显著增大,在开始扰动的前2h 增大速度最快,当连续扰动1d 后达最大值101506μm ;之后中值粒径基本保持稳定;在连续扰动115d 之后悬浮物中值粒径开始减小;扰动停止后继续减小,当静置1d 时中值粒径达最小值11935,然后又开始增大.图3 扰动试验中悬浮颗粒中值粒径和小于1μm 的胶体颗粒占总悬浮固体百分比的变化Fig.3 Variation of median diameter of SS and percentage ofcolloidal particles with diameter under 1μm in SS粒径<1μm 的胶体颗粒占总悬浮固体的百分比与悬浮物中值粒径的变化趋势恰恰相反.扰动前为4199%,在开始扰动时呈减小趋势,当连续扰动115d 时达最小值2122%,之后虽继续扰动却转而呈现上升52216期孙小静等:持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放趋势,当连续扰动2d 时达4120%.停止扰动后该比例迅速升高,当静置1d 时达最高值21131%.之后到静置的第10d 试验结束,该比例一直在下降.213 水体中各形态氮含量变化图4为T N 、C N 和UDN 含量及C N 占T N 百分比的变化情况.由图4(a )可知,扰动开始阶段T N 迅速升高,在连续扰动015d 时T N 达到最高值21106mg ΠL ,然后又随部分悬浮物的沉淀而降低;C N 含量在连续扰动1d 时C N 达最高值01452mg ΠL ,之后也转而降低,在静置的第1d 略微升高之后,C N 又继续降低,直至试验结束,C N 降到了01229mg ΠL.C N 占T N 的百分比在试验过程中出现了几次波动,并在静置1d 后达到最高值3518%,见图4(b ).真溶解态氮UDN 在扰动开始的第1d 有所升高,由扰动前的01065mg ΠL 升高到了连续扰动1d 时的01279mg ΠL ,之后又有所降低;在静置阶段UDN 含量呈阶梯式升高,至连续静置10d 试验结束前,UDN 达最高值01653mg ΠL.图4 扰动试验中各形态氮(a)含量和CN 占TN 百分比(b)的变化情况Fig.4 C oncentration of T N ,CN and UDN (a )and percentage of CN in T N (b )in the experiment214 水体中各形态磷含量变化试验中磷含量的变化见图5.由图5(a )和图2(a )知,TP 变化曲线与SS 变化曲线非常一致,其含量在扰动的开始阶段迅速升高,在连续扰动015d 时TP 达最高值01272mg ΠL ,之后又开始降低,至连续扰动2d 停止搅拌前,已经降到01151mg ΠL.扰动期间,CP 含量与TP 含量密切相关,在扰动开始阶段,CP 含量也迅速升高,不过其变化要滞后于TP ,连续扰动1d 才达到最高值01052mg ΠL ,之后又有所降低;CP 占TP 的百分比仅略微上升,见图5(b ),最初为1614%,到连续扰动115d 时达扰动期间的最高值2112%.但在停止扰动后,因TP 显著降低而CP 降低很小,使得CP 占TP 的百分比升高并维持较高的水平,停止扰动前CP 占TP 的百分比为1712%,在静置1d 后其达到最高值5419%.之后由于胶体絮凝聚集形成较大颗粒而使胶体含量降低,因为颗粒态磷(PP )在静置1～4d 期间呈上升趋势,所以此时CP 占TP 的百分比是下降的;静置4d 之后PP 又转而降低,说明大颗粒凝聚物发生了沉淀,这又使胶体百分含量升高.这种“絮凝2沉淀”作用过程使得CP 占TP 的百分比出现了几次升降的交替变化.图5 扰动试验中各形态磷(a)含量和CP 占TP 百分比(b)的变化情况Fig.5 C oncentration of TP ,PP ,CP ,UDP and PO 42P (a )and percentage of CP in TP (b )in the experiment6221环 境 科 学28卷 超滤液中真溶解态磷(UDP)含量的变化与TP 和CP的变化趋势基本相反.在扰动的起始阶段UDP呈略微降低趋势,由扰动前的01011mgΠL降到扰动115d时的01009mgΠL,扰动阶段后期又有所上升,静置的第1d UDP含量基本保持稳定,静置1d之后一直到静置第10d试验结束UDP又显著升高,由01013mgΠL升高到01022mgΠL.PO42P基本在01002～01006mgΠL之间波动,因含量一直较低,其变化没有呈现显著的规律性,分析认为是“扰动释放”和“胶体吸附”共同作用的结果.UDP含量在底泥悬浮阶段降低、在底泥沉降阶段反而升高,说明除了底泥及其间隙水向水体的释放作用之外,还存在影响UDP 含量更强的因素,胶体及其它颗粒物对UDP的吸附作用超过了底泥悬浮释放和沉淀对它的影响.而且,由于静置的第1d颗粒物大量沉淀而UDP基本保持稳定,但在静置的第2～10d胶体含量降低时UDP显著升高,说明胶体含量变化引起的吸附能力变化对UDP的影响最大.因此,当胶体含量增加时,其对水体溶解态磷的吸附作用大于底泥向水体的释放作用,“吸附2释放”平衡向“吸附”方向移动,UDP 被大量吸附而含量降低;当胶体含量因凝聚沉降作用而降低时,胶体的吸附作用降低,一部分被吸附的UDP释放出来,加上底泥向水体的静态释放作用,“吸附2释放”平衡向“释放”方向移动,使UDP的释放通量超过了吸附通量,引起UDP的升高.在扰动的起始阶段,UDP含量降低而UDN则显著升高,其原因是扰动引起的UDN释放量远大于UDP释放量,也超过了同期胶体和颗粒物对UDN的吸附容量,“释放2吸附”平衡向释放倾斜,因此该阶段UDN 与UDP的变化情况不同.3 讨论试验中悬浮物沉降的情况可用溶胶的沉降原理来解释[16].分散于气体或液体介质中的微粒,都受到2种方向相反的作用力,一是重力,二是由布朗运动引起的扩散力.如微粒的密度比介质的大,微粒就会因重力下沉,这种现象称为沉降;与沉降作用相反,扩散力能促进体系中粒子浓度趋于均匀.当这2种作用力相等时,就达到平衡状态,谓之“沉降平衡”.根据文献[16]中球形质点在液体中的沉降公式:ν=2r2(ρ-ρ)gΠ9η(1)式中,ν为沉降速度,r为质点半径,ρ为质点密度,ρ0为液体密度,η为液体粘度,g为重力加速度.在其它条件相同时,沉降速度ν和质点半径的平方r2成正比,即颗粒半径越大时,沉降速度会越快,颗粒越小,则沉降速度越慢.在扰动的开始阶段,底泥被大量掀起进入水体,使水体中大颗粒悬浮物迅速增多,而粒径较小的胶体物质占总悬浮物的百分比有所减小;当扰动持续一定时间(本研究中为115d)之后,由于较大悬浮颗粒物相互碰撞的几率大,易于聚集形成更大颗粒而沉淀,经过这种粒度和比重的分选[17,18],悬浮物总量降低(SS由连续扰动015d时的最大值64710mgΠL降低到连续扰动2d时的25417mgΠL),而小型悬浮颗粒因沉降速度慢,仍然停留在水体中,使得悬浮物中值粒径减小,小型胶体颗粒占悬浮物的百分比升高;在停止扰动之后,大型颗粒物迅速沉淀,而较小的悬浮颗粒还未及沉淀,使得悬浮物中值粒径显著降低,粒径小于1μm的胶体颗粒占总悬浮物的百分比上升;在静置时间超过1d之后,大部分大型悬浮颗粒物已经沉淀入底泥(SS由停止扰动前的25417mgΠL下降到7511mgΠL),粒径较小的胶体颗粒也逐渐开始絮凝聚集成较大颗粒,使得悬浮物粒径又有所增大,而小型胶体颗粒占总悬浮物的百分比相应降低,当这些较大聚集体也逐渐沉淀时,SS含量就会继续降低.关于连续扰动015d之后SS以及T N、TP、PP、C N、CP含量下降的原因,除了悬浮物碰撞、粒度分选引起沉降之外,每次采样后补充纯净水引起的稀释作用可能也有一定影响.从连续扰动015d时SS达到最高值到连续扰动2d,在此期间一共补水3次,以试验容器总水量100L、每次补水8L计,3次补水对SS的稀释倍数为[(100-8)Π100]3=0178倍,而在此期间SS由连续扰动015d时的最大值64710mgΠL降低到连续扰动2d时的25417mgΠL,在此期间SS降到了最高值的0139倍,因此,即使扣除补水的稀释作用,SS仍呈降低趋势,T N、TP、PP、C N、CP含量变化也一样,虽然它们降低的幅度没有那么大,但试验结果反映出的变化趋势是一样的.胶体具有强大吸附能力的原因在于其比表面积大,许多元素在胶体态和真溶解态中的分布系数大于在颗粒态和真溶解态中的分布系数[19],即胶体在元素迁移过程中发挥着”胶体泵”的作用[20],使得天然水中胶体不仅是物质的重要存在形态,也是元素迁移过程的重要载体[21,22].一些对湖泊和河流的研究发现,当溶液中含有较高浓度的磷时,沉积物吸附一定量的磷;当溶液中磷浓度低于一定值后,沉积物72216期孙小静等:持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放则开始释放磷.当沉积物原有磷酸盐的解吸量等于吸附实验中被吸附的磷酸盐量时,沉积物对磷酸盐的吸附量为0,此时溶液的磷酸盐浓度为吸附2解吸平衡浓度[23～25].因此,本研究中UDP和UDN含量的变化应是胶体对溶解态氮磷吸附2解吸作用的综合表现,受胶体含量变化影响,胶体对溶解态氮磷的作用在吸附2解吸平衡之间转化.尤其是静置阶段后期,由于颗粒态和胶体态氮磷的大量沉降,使得水体中总氮和总磷含量降低,但是原来吸附态的UDP 和UDN开始被释放出来,表现为CP和C N含量降低,而UDP和UDN含量却在显著升高.这样一来,胶体对营养盐的吸附作用延长了营养盐悬浮后在水柱中的停留时间,增加了藻类可利用态营养盐含量,从而延缓了营养盐的去除和水质改善.由研究结果可以看出,扰动后经过10d的静置直到试验结束,水体的SS、T N、TP、PP、C N、CP、UDN、UDP等的含量仍高于扰动前的初始状态,说明扰动作用下由底泥释放到水体中的氮、磷营养盐会长时间停留在水体,使得水质改善非常缓慢.自然湖泊一直受到不同程度的扰动,很少处于完全静置的理想状态,体释放,从而为浮游植物提供着源源不断的营养补充,影响着湖泊水质.4 结论(1)剧烈的水动力扰动会引起底泥C N和CP向水体大量释放.连续扰动1d时C N达到最高值01452mgΠL,CP达到最高值01052mgΠL,之后虽继续扰动却转而降低;在停止扰动后的静置过程中,由于大颗粒悬浮物迅速沉淀而胶体物质因沉降缓慢大部分还停留在水体中,使得T N和TP含量显著降低而C N和CP降低很小,引起C N占T N的百分比和CP占TP的百分比升高并维持较高水平,在静置1d 后C N占T N的百分比达最高值3518%,CP占TP的百分比达最高值5419%.(2)水体中UDN和UDP含量在扰动阶段有一定升高,但是不如在扰动后的静置阶段升高显著.静置的第1d UDP含量基本保持稳定,静置1d之后一直到静置10d试验结束UDN和UDP均有显著升高,UDN升至01653mgΠL,UDP则升至01022mgΠL.(3)胶体对营养盐的吸附作用延长了溶解态营养盐悬浮后在水柱中的停留时间,增加了藻类可利用态营养盐含量,从而延缓了营养盐的去除和水质的改善.致谢:感谢张路博士在本文的撰写过程中提出了宝贵意见.参考文献:[1]G ranéli W.Internal phosphorus loading in Lake Ringsj n[J].Hydrobiologia,1999,(404):19～261[2]Can field DE J,H oyer M V.The eutrophication of Lake Okeechobee[J].Lake and Reserv oir M anagement,1988,4(2):91～991 [3]S teinman A,Rediske R.Internal phosphorus loading in S pringLake:Y ear1[R].Report for S pring Lake2Lake Board.2003.MR2200321151[4]W ang H,Appan A,G ulliver J S.M odeling of phosphorus 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129中国安全科学学报589120159812Z 030中国环境监测340250127427Z 001中国环境科学17143019784Z 546中国人口资源与环境373230130225Z 022资源科学76310019745Z 012自然资源学报149641177111)数据源于:中国科学技术信息研究所.2006年版中国科技期刊引证报告(核心版)[M].北京:科学技术文献出版社.2006.202.2)《环境科学》2002、2003、2004、2005、2006年连续5届荣获“百种中国杰出学术期刊”称号92216期孙小静等:持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放。
河流底泥氮磷释放规律及其对环境清淤的影响研究——以南淝河为例的开题报告一、课题背景随着城市化进程加快和人类活动增强，很多河流逐渐被污染和淤积。
淤积的河道会影响水位、流速和水质，引起生态环境和水安全等问题，需要进行清淤处理。
然而，河流清淤不仅需要考虑清淤量，还需要考虑清淤后底泥的安全性。
河底泥中含有大量的氮、磷等养分，如果清淤不当会导致底泥氮磷释放增加，引起水体富营养化问题，影响水质。
因此，本课题旨在研究河流底泥氮磷释放规律，探究底泥氮磷对环境清淤的影响，并以南淝河为例开展实证研究。
二、研究目的和意义本课题的主要目的是研究河流底泥氮磷释放规律及其对环境清淤的影响，具体目标包括：1.了解底泥中氮磷含量及其分布规律。
2.分析底泥氮磷释放的影响因素及其规律。
3.明确清淤方式对底泥氮磷释放的影响。
4.探讨底泥氮磷对水体富营养化的影响。
本课题的研究意义主要有：1.为河流清淤提供科学依据。
研究河流底泥氮磷释放规律和影响因素可以为清淤方式和清淤量的确定提供依据，减少清淤对水质造成的影响。
2.促进水体环境管理。
了解底泥氮磷含量及其释放规律可以为污染源控制和水体环境治理提供科学依据，有助于实现水体健康持续发展。
3.提高水体资源利用效率。
底泥含有丰富的养分，清淤后的处理可以使底泥中的养分得到充分利用，促进水体资源的利用效率提高。
三、研究内容和方法1.研究内容本课题拟开展以下内容的研究：（1）南淝河底泥氮磷含量测定和分布规律分析；（2）底泥氮磷释放规律的研究，包括氮磷的释放速率、释放量等方面的分析；（3）清淤方式对底泥氮磷释放的影响研究；（4）底泥氮磷对水体富营养化的影响分析。
2.研究方法本课题主要采用以下研究方法：（1）野外调查法：通过野外实地调查，了解南淝河底泥分布规律和底泥中氮磷含量。
（2）室内实验法：通过室内模拟实验，测定底泥中氮磷的释放速率和释放量，分析氮磷的释放规律和影响因素。
（3）对比分析法：比较不同清淤方式对底泥氮磷释放的影响，并对比分析其区别。
实验题目:湖塘底泥磷的释放姓名：学号：班级：组别：22组指导教师：唐艳葵1.实验概述1.1实验目的及要求⑴了解湖泊底泥磷释放的过程；⑵观察湖泊各采样点所采集的底泥的形态特征；⑶熟练掌握湖泊底泥的最大释磷量的计算；⑷熟悉总磷的测定原理及操作方法。
1.2实验原理城市浅水湖泊的富营养化是我国湖泊普遍存在的环境污染问题。
各种来源的营养盐进入湖泊，经过一系列物理、化学及生物化学作用，其中一部分或大部分逐渐沉积到湖底，当湖泊外部环境条件发生变化，沉积物中的营养盐又释放出来进入水中，成为湖泊营养盐的内负荷，并延续湖泊的富营养化，因此，控制内负荷对于湖泊治理具有十分重要的意义。
在天然水和废（污）水中，磷主要以各种磷酸盐和有机磷化合物（如磷脂等）的形式存在，也存在与腐殖质颗粒和水生生物中。
本实验主要用钼酸铵分光光度法测定10号湖塘水中底泥磷释放量与时间的关系，在酸性条件下，水样中溶解性正磷酸盐与钼酸铵酒石酸锑氧钾反应，生磷钼杂多酸，再被抗坏血酸还原生成蓝色络合物（磷钼蓝），于波长700nm处测量吸光度，用标准曲线法定量。
方法测定范围为0.01~0.6mg/L,适用水样类型包括地表水、废（污）水。
1.3实验仪器(1) 烘干机(2) DSX-90恒速数显电动搅拌机(3) 搅拌棒(4) PHS-3C pH计(5) JPB-607溶解氧仪(6) JJ300、AB104-N电子天平(7) 722光栅分光光度计(8) 10mm比色皿(9) 高速离心机(10) WXJ-Ⅲ微波消解仪(11) 消解罐2.实验内容2.1实验方案设计湖塘底泥的磷主要为正磷酸盐，但也含有其它价态的磷酸盐，底泥中还含有各种有机物和悬浮物，因此本次实验的设计思路是：对底泥进行搅拌使磷释放；进而进行离心，取得上清液；再进行微波消解，破坏有机物，溶解悬浮物，将各种价态的磷元素氧化成单一高价态的磷；接下来是定容显色；最后通过分光光度计测定各时间段的磷的吸光度，得出磷释放量。
地表水体底泥中氮磷及重金属的释放规律研究杨文澜,刘力(淮阴师范学院化学系,江苏淮安223300)摘要 通过对地表水体底泥污染特性的分析,论明水体沉积物与水体之间具有复杂的迁移规律。
分类介绍了影响水体底泥中氮磷及重金属释放的各种因素,主要分析了温度、pH 值、溶解氧、沉积物形态、水体扰动的影响,认为影响释放的主导因素因地而异,指出开展污染底泥综合整治技术研究的重要性。
关键词 底泥;氮磷;重金属;释放规律中图分类号 X523 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)17-08151-02S tud y on th e R e le a s e Law s o f N itro g en,Ph o sph o ru s an d H e av y M e ta ls fromS e d i m e n ts o f S urfa c e W a te r B o dy YANG W en -lan e t a l (D epar tm en t o f C h em is try ,H u a iy in T each e rs C o llege ,H u a ian,J ian gsu 223300)A b s tra c t T h e po llu tion ch a ra cte ristics o f sed i m en ts o f su rface w a te r body w e re an a ly zed.I t w a s po in ted ou t th a t th ere w e re com p lica ted m ig ra tionlaw s be tw e en sed i m en ts and w a te r body.T h e in flu en cin g fa cto rs o f th e re lease o f n itrogen,ph o sph oru s an d h eavy m e ta ls fromsed i m en ts inth e w a te r body w ere cla ssified and in trodu ced.T h e in flu en ces o f tem pera tu re ,pH,disso lv ed o xyg en ,formo f sed i m en ts an d h yd rodyn am ic d is tu rban ce w e re m a in ly an a ly zed.It w as th ou gh t th a t th e m a jo r in flu en cin g fa cto rs va ried in d iffe ren t su rrou nd in g s .A n d th e e ssen tia lity o f de ve lop in g th e stu dy onth e com preh en s ive con tro l tech n o log y o f sed i m en ts w as po in ted ou t .K e y w o rd s S ed i m en ts ;N itrogen an d ph osph o ru s ;H eav y m e ta ls ;R e le ase law s作者简介 杨文澜(1981-),男,江苏徐州人,讲师,从事水污染控制工程的研究,Em a il :yw lhp3004@hy tc 。
亭下水库底泥中氮磷及锰的释放特性研究刘丽敏;顾重武;曾燕燕【摘要】为了解亭下水库底泥中污染因子对上覆水的影响,选取2个代表性点位采集底泥柱状样进行氮磷及锰的释放特性研究.研究结果表明,静态试验条件下,2个点位底泥磷的释放速率分别为0.270 mg/(m2·d)和0.060 mg/(m2·d);氨氮的释放速率分别为1.860 mg/(m2·d)和0.830 mg/(m2·d);锰的释放速率分别为23.390 mg/(m2·d)和10.340 mg/(m2·d).溶解氧是控制底泥中氮磷及锰释放的主要因素,可通过曝气措施消减水库中氮磷含量,控制底泥中锰的释放,进而改善水库水环境质量和水质.【期刊名称】《浙江水利科技》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P1-4)【关键词】亭下水库;底泥;氨氮;总磷;溶解态锰【作者】刘丽敏;顾重武;曾燕燕【作者单位】浙江省河海测绘院,浙江杭州 310010;浙江省河海测绘院,浙江杭州310010;浙江省河海测绘院,浙江杭州 310010【正文语种】中文【中图分类】X521 问题的提出水库底泥是水库富营养物质和重金属污染物的重要蓄积库，底泥在水库养分循环和水体富营养化过程中既起着重要作用，又是对水质有潜在影响的次生污染源[1 - 2]。
对于湖泊、水库等相对封闭的水体，在外源污染得到控制之后，由底泥释放产生的内源污染就成为影响水质的主要因素[3 - 4]。
饮用水源水库对水质要求非常严格，水源地氮磷超标，将会导致水体富营养化，藻类繁殖，水质恶化；锰超标将会增加水厂的处理难度，并对人们的身体健康造成影响。
锰是地表水环境中的氧化还原敏感性元素，在特定的环境条件下，底泥中的锰元素极易从底泥释放到上覆水体，影响上覆水体的化学组成[5]。
这些吸附在底泥中的污染物在一定的条件下会发生间歇性的再生释放作用，通过解吸、溶解、生物分解等释放作用再次返回水体，形成水库的内源性污染负荷，并且极易受环境因素影响而释放，引起水体的二次污染[6]。
人民长江2020年收稿日期：2019－06－11基金项目：水利部技术示范项目（SF －201801）；浙江省水利科技计划项目（ＲA1604）作者简介：滑磊，男，工程师，硕士，主要从事水环境数值模拟、河湖生态修复研究工作。
E －mail ：hualei －1212@qq．com文章编号：1001－4179（2020）01－0088－06基于零维模型的湖泊底泥释磷强度研究———以杭州西湖为例滑磊，尤爱菊，郑建根，韩曾萃（浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020）摘要：湖泊底泥释磷时空差异性较大，通过实验手段往往较难获得准确的湖泊底泥释磷强度。
以杭州西湖为例，以实测资料为基础，通过构建零维模型对2011年西湖外湖TP 全年的变化过程进行反演，得到了外湖各月份的底泥释磷强度，并构建了多维水动力水质数学模型对该释磷强度结果进行了校验。
结果表明，采用反演得到的底泥释磷强度结果作为三维数学模型的参数值，模拟得到的2011年外湖TP 浓度与实测值吻合较好，说明该底泥释磷结果可信。
该方法可为国内其他湖泊底泥释磷强度的研究提供借鉴。
关键词：底泥释磷；零维模型；总磷；西湖中图法分类号：X171文献标志码：ADOI ：10．16232/j．cnki．1001－4179．2020．01．0140引言底泥释磷被认为是造成湖泊富营养化的主要因素之一。
关于湖泊底泥释磷强度的研究在太湖［1］、滇池［2］、东湖［3］、西湖［4］等各类湖泊水质研究中均有涉及。
底泥释磷强度的确定多采用实验室或原位观测实验获得。
然而，同一水体中不同的实验方法、时间、点位获得的底泥释磷强度各不相同。
通过实验数据计算得到的湖泊底泥释磷通量的结果亦较难让人信服。
自2003年实施大规模引水以来，西湖水质呈逐年好转的趋势。
以西湖富营养化主要水质控制指标TP 为例，除个别月份因降雨造成的TP 浓度升高外，小南湖和西里湖全年TP 浓度基本保持在0．05mg /L 以下（各湖区相对位置见图1）；而外湖的水质仍然呈现出很强的季节性，现状引水情况下2013年3 6月外湖、长桥湾、少年宫3个常规监测点TP 浓度都在0．04mg /L 左右，然而7 8月随着气温的升高，3个监测点TP 浓度迅速升高达到了0．08mg /L 以上，9月以后TP 浓度逐渐下降（见图2）。
地表水体底泥氮磷污染原位控制技术及相关机理研究一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，大量氮、磷等营养物质通过各种途径进入水体，导致水体的富营养化问题日益严重。
底泥作为水体的重要组成部分，其氮、磷污染问题更是引起了广泛关注。
底泥中的氮、磷污染物在适宜的环境条件下会重新释放到水体中，加剧水体的富营养化程度，破坏水生生态系统。
因此，开发有效的底泥氮磷污染原位控制技术对于改善水质、保护水生生态具有重要意义。
本文旨在深入研究地表水体底泥氮磷污染的原位控制技术及相关机理。
通过对国内外相关文献的综述，分析底泥氮磷污染的现状、来源及释放机理，探讨不同原位控制技术的优缺点及适用条件。
在此基础上，通过实验研究和理论分析，评估各种原位控制技术在减少底泥氮磷释放、改善水质方面的效果，揭示其内在作用机制。
结合具体工程实践，探讨原位控制技术在实际应用中的可行性及存在问题，为底泥氮磷污染的有效治理提供理论支持和技术指导。
本文的研究内容不仅有助于深入理解底泥氮磷污染的成因及释放规律，也为开发高效、环保的原位控制技术提供了科学依据。
本文的研究结果对于指导水环境治理实践、保护水生态环境、促进可持续发展具有重要意义。
二、底泥氮磷污染现状及其环境影响底泥作为水体的沉积物，是水生生态系统中不可忽视的一部分。
然而，近年来，由于人类活动的加剧，大量的氮、磷等营养物质通过各种途径进入水体，进而沉积在底泥中，导致底泥氮磷污染问题日益严重。
底泥氮磷污染的主要来源包括农业面源污染、城市生活污水和工业废水等。
其中，农业面源污染是最主要的来源之一，过量的化肥和农药使用导致大量氮磷通过径流和渗流进入水体，进而沉积在底泥中。
城市生活污水和工业废水也是底泥氮磷污染的重要来源，这些废水中含有大量的氮磷营养物质，未经处理或处理不当直接排入水体，同样会导致底泥氮磷污染。
底泥氮磷污染对水生生态系统和人类健康产生了深远的影响。
氮磷等营养物质在底泥中的积累会导致水体富营养化，进而引发藻类大量繁殖，形成水华或赤潮，严重影响水体的生态平衡。
红领巾公园底泥磷的形态、释放规律及控制研究的开题报告一、选题背景随着城市化的进一步加深，城市公园的建设已经受到了广泛的关注。
然而，城市公园通常由大量的人工造景和植被组成，而这些组成成分又有可能导致水体富营养化，底泥磷是其中的主要来源。
因此，探究底泥中磷的形态、释放规律及其控制办法，对于避免水体富营养化、维护城市生态环境具有积极的意义。
二、选题目的本研究旨在通过对红领巾公园底泥磷的形态、释放规律及控制措施进行研究，提高人们对城市公园底泥磷污染的认识，为城市公园的可持续发展提供科学支撑。
三、选题内容1. 研究目标本研究主要目标为探究红领巾公园底泥中磷的形态和释放规律，同时探讨其控制策略。
2. 研究内容（1）调查红领巾公园水质情况，确定底泥采样点位；（2）采集底泥样品，分析磷的形态和含量；（3）研究底泥磷的释放规律及其对水质的影响；（4）研究针对红领巾公园底泥磷污染的控制措施。
四、研究方法1. 采样和样品处理根据红领巾公园的实际情况，确定底泥采样点位，采集底泥样品，并进行样品处理。
2. 分析底泥中磷的形态和含量通过ICP法和磷酸盐酶法进行底泥中磷的形态和含量分析。
3. 研究底泥磷的释放规律及其对水质的影响通过运用评估方法分析底泥磷的释放规律，并考虑其对水质的影响。
4. 研究针对红领巾公园底泥磷污染的控制措施通过调研和分析实现针对红领巾公园底泥磷污染的控制措施，提出符合实际的控制方案。
五、预期结果1. 确定红领巾公园底泥中磷的形态和含量；2. 探究红领巾公园底泥磷的释放规律及其对水质的影响；3. 研究针对红领巾公园底泥磷污染的具体的控制措施。
六、研究意义1. 为城市公园的建设提供科学支撑，提高城市空间质量；2. 为城市水环境污染防治提供理论基础，促进城市可持续发展。
七、研究进度安排1. 第一阶段：综合调查研究现状和相关法规，确定研究方向和方法，完成开题报告；2. 第二阶段：野外采样和样品处理，底泥磷的形态和含量分析；3. 第三阶段：分析底泥磷的释放规律及其对水质的影响；4. 第四阶段：研究针对红领巾公园底泥磷污染的控制措施，并提出符合实际的处理方案；5. 第五阶段：完成论文撰写，准备答辩。
底泥污染释放通量实验设计
1.实验目的
通过室内模拟实验研究底泥中COD Mn、NH3-N、TP三个指标在静止状态下的释放特性。
2.实验装置
实验装置采用有机玻璃柱，直径200mm，高1m的有机玻璃柱30根，实验装置示意图如下：
3.实验过程
称取含水底泥5.0kg，放入直径200mm的圆柱形有机玻璃柱，摇动柱体使底泥平铺于底部。
在底泥不冲悬浮的情况下，沿壁缓慢注入相应点采集的水样，水柱高0.5m。
实验室温度控制在室温。
待柱体静置12小时后开始取样，取样时取表层水样约100ml，同时补充该点水样至原刻度。
所取水样经过滤后进行水质分析，分析项目包括COD Mn、NH3-N、TP三个指标，取样时间间隔为12h，实验持续时间为10d。
太湖底泥磷释放量及释放规律的研究综述目录1. 内容描述 (3)1.1 研究背景 (4)1.2 研究意义 (4)1.3 研究重点和难点 (6)2. 太湖概况 (7)2.1 地理位置 (8)2.2 水文特征 (9)2.3 湖泊沉积物特性 (10)3. 磷在水体中的存在形态和循环 (11)3.1 磷的化学形态 (12)3.2 磷在水体中的输入与输出 (13)3.3 磷的富集与沉降机制 (14)4. 太湖底泥中磷的含量和分布 (15)4.1 底泥磷含量调研 (16)4.2 沉积物样品采集与分析 (17)4.3 底泥磷的空间分布 (19)5. 太湖底泥磷的释放机制 (20)5.1 物理释放 (21)5.2 化学释放 (22)5.3 生物释放 (23)5.4 释放动力学 (25)6. 太湖底泥磷释放量的研究方法 (26)6.1 水力溶解实验 (27)6.2 化学沉淀实验 (29)6.3 原位监测技术 (30)6.4 模型模拟 (31)7. 太湖底泥磷的释放规律分析 (32)8. 太湖底泥磷释放量的预测与控制 (33)8.1 预测模型的发展 (34)8.2 污染控制措施 (35)8.3 环境管理策略 (37)9. 本研究综述 (38)9.1 国内外研究进展 (39)9.2 太湖底泥磷释放研究现状 (40)9.3 研究展望 (41)10. 结论与建议 (42)10.1 研究成果 (43)10.2 存在问题 (44)10.3 未来工作建议 (46)1. 内容描述本研究综述旨在全面概述太湖底泥磷释放量的研究进展，并分析释放规律。
将简要介绍太湖的环境背景，包括其地理位置、面积、水质状况以及湖泊污染的历史和特点。
重点探讨太湖底泥磷的来源，包括自然沉降和人为输入。
前者通常与生物过程相关，而后者则与人类活动密切相关，如农业径流、工业排放和生活污水等。
通过文献回顾分析，本研究综述将评估不同来源对底泥磷负荷的影响。
在内容描述的第二部分，将详细讨论太湖底泥磷的释放机制，包括吸附解吸、微生物代谢作用和地质过程等。
