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水窖底泥中氨氮释放动力学模拟慕娅婷;张国珍;张国科;马可;王梦茹【摘要】在不同温度和振荡速度的影响下，水窖底泥中氨氮解吸至上覆水中，会对上覆水造成影响。
通过实验分析并探讨了温度和振荡速度对水窖底泥中氨氮释放的影响并进行动力学模拟。
实验结果表明：温度和振荡速度增大能够促进水窖底泥中氨氮释放，且氨氮解吸平衡浓度增大；通过准一级动力学方程和准二级动力学方程拟合，两种动力学方程对氨氮释放过程的拟合效果较为接近，且温度影响下两种动力学拟合效果较振荡速度影响好一些（不同温度下其氨氮释放动力学拟合 R2在0．91～0．97，而振荡速度 R20．72～0．94）；因此，窖水的水质可能受到上述因素的影响。
实验结果可为窖水水质维护，窖水水质处理等提供理论依据。
%In different conditions of the temperature and disturbance degree (concussion rate),ammonia nitrogen in cistern sediment are easy to release to the overlying water and influence the quality of water.The test analyzes and discusses the influences of the temperature and disturbance degree on the ammonia nitrogen release and then makes the kinetic simulation.The results of experiment showed that higher temperature and disturbance degree could pro-mote ammonia nitrogen release in cistern sediment and increase the concentration;Combining first and second order kinetics simulation shows that the two simulation effects are approximate,and temperature factor has a better fitting effect than the disturbance degree (the ammonia and nitrogen kinetic fitting R2 is 0.91~0.97,while disturbance degrees R2 is 0.72 ~0.94 at different temperatures);the cistern water quality can be affected by the above fac-tors.Furthermore,the experiment result can be used in cistern water maintenance and treatment.【期刊名称】《兰州石化职业技术学院学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P23-26)【关键词】水窖底泥;氨氮;温度;振荡速度;动力学模拟【作者】慕娅婷;张国珍;张国科;马可;王梦茹【作者单位】兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】X524西北部分地区常年将窖水（集雨水）作为生活用水，因此水窖水的质量与安全性直接影响着当地用户的健康状况。
河口底泥盐度释放模型研究及应用
河口底泥盐度释放模型是根据植物的生长、饮用水的用途和底泥的盐成分等因素，利
用流体力学、化学和生物学等概念，建立了有关河口底泥中盐分释放的新模型。
它不仅考
虑了水土流失对水土流失过程的影响，而且将河口底泥、海洋大西洋和河口水体内部影响
有机地结合起来。
河口底泥盐度释放模型只需要很少的有关数据，就可以迅速地实现预测。
河口底泥盐度释放模型的建模工作主要是两个阶段，第一个阶段是建立河口底泥池模式，主要采用双氧水分解和池底沉积的原理，计算池容积、池面积和淤泥沉积的比率，以
及河口淤泥的变化情况。
第二个阶段是建立河口底泥水量模型，它涉及底泥的折射指数，
反射率，颜色强度和盐度等，并可以计算河口水体流入和流出的总量，水深变化，流量变
化等工作。
最后，模型还能定量评价河口水体的环境效应。
河口底泥盐度释放模型的应用主要为决策者提供了参考，可用于检测河口底泥盐度的
变化情况，以及相应的海洋生态系统和区域大气环境，并可根据实际情况，对河口环境水
质采取有效的改善措施。
此外，该模型也可以用于风景体验，以及合理利用河口资源和防
止河口污染等方面。
可以说，河口底泥盐度释放模型研究和应用具有较高的应用价值，其有效的预测结果
对于对河口环境的管理和规划工作具有重要的参考价值，同时也可以帮助政府有效地控制
河口环境的污染和改善水体环境质量。
佛山市顺德区桂畔海河水系综合整治措施
揭小锋
【期刊名称】《北方环境》
【年(卷),期】2017(029)003
【摘要】随着社会经济飞速发展和人口增加不可避免的带来了污染的问题,大量的生活及工业污废水未经处理就近排入河涌,导致原本作为排洪以及灌溉功能的河涌被污染,涌水发黑发臭.各支涌的污水汇入桂畔海河等主干河流造成了大范围的污染.本文对佛山市顺德区桂畔海河水系综合整治工程措施进行了概况性介绍,为今后黑臭水体治理提供借鉴和参考.
【总页数】3页(P50-52)
【作者】揭小锋
【作者单位】天津市市政工程设计研究院佛山分院,广东佛山 528000
【正文语种】中文
【中图分类】P641.69
【相关文献】
1.概述城市水系整治与修复r——以顺德区桂畔水系综合整治工程为例 [J], 陈文煊
2.广东伟雄集团有限公司、佛山市高明区正野电器实业有限公司、广东正野电器有限公司与佛山市顺德区正野电器有限公司、佛山市顺德区光大企业集团有限公司不正当竞争纠纷案 [J],
3.桂畔海河底泥中氨氮分布及释放规律 [J], 董志虎
4.桂畔海河底泥氨氮释放动力学模型 [J], 董志虎
5.佛山市顺德区中等专业学校——佛山市顺德区技工学校 [J],
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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。
2003年11月水 利 学 报SHUILI XUEBAO 第11期收稿日期:2002 01 31作者简介:王颖(1962-),女,四川荣县人,讲师,硕士,研究方向为环境水力学。
文章编号:0559 9350(2003)11 0071 08湖泊底泥中磷释放的随机动力学模型王颖,郭世花(西安理工大学水利水电学院,陕西西安 710048)摘要:本文从随机过程的观点出发,推导出湖泊底泥磷相对释放量概率密度函数的随机微分方程,并给出了相应的定解条件。
利用隐式差分法进行求解,分析了磷释放的均方差系数(D )、吸附系数(K 1)、解吸系数(K 2)及其对磷相对释放量概率函数分布的影响情况。
所建立的磷释放随机动力学模型计算结果与实验数据吻合良好。
关键词:底泥;动力学模型;磷释放中图分类号:X524文献标识码:A目前,有关湖泊底泥对磷的吸附问题的研究开展了大量的工作,而对于湖泊底泥中磷的释放研究则大多侧重于湖泊的氮磷平衡、背景值的调查以及一些实验研究,这些工作大多是研究磷在平衡条件下底泥中磷的释放问题,因而有局限性。
一般来讲,湖泊底泥中磷的释放是一个缓慢的过程,比如底泥中磷的释放平衡时间长达5d 以上,因此,用动力学模型能比较准确地描述底泥中磷的释放过程,而且,建立底泥营养盐的释放动力学模型,也是建立湖泊营养化模型的基本工作之一。
在湖泊底泥中污染物释放动力学模型的研究方面,对于重金属释放的动力学模型,已有比较多的研究。
比如裘袒楠[1]给出了静态条件下重金属Cd 的释放动力学模型,栾兆坤和汤鸿霄[2]以湘江重金属污染底泥为研究对象,给出了释放动力学模型。
周孝德和黄廷林[3]则以渭河底泥为研究对象,研究了在动态条件下,底泥中重金属释放的动力学模型。
虽然这些工作对于湖泊底泥中磷释放的动力学模型的研究有借鉴作用,但由于湖泊底泥中磷的释放机理与重金属的释放机理有所不同,因而相应的释放动力学模型也有所不同。
对于湖泊底泥中磷的解吸动力学模型,一般常用一级反应动力学、二级反应动力学、抛物线扩散,修正的Elovich 公式及双常数速率公式来描述。
河床底泥对氨氮的吸附特性——以卫河新乡段为例韩政;张佳瑶;马孟科;高天琦;鱼丽源【期刊名称】《中国地质调查》【年(卷),期】2024(11)3【摘要】为研究卫河流域河流-地下水系统中污染物迁移转化,采用静态吸附实验探究卫河底泥对水体中特征污染物的吸附特性。
采集卫河新乡段河床沉积物样品作为土壤介质,模拟河流渗滤系统对特征污染物氨氮的吸附作用,得出特征污染物各组分的吸附动力学特征和热力学特征,并探讨温度、pH值等因素对研究区河床底泥吸附氨氮污染物的影响。
研究结果表明:在[0,10)mg/L浓度范围内,研究区河床底泥释放氨氮污染物,呈现解吸特性,在[10,50)mg/L浓度范围内,研究区河床底泥则呈现吸附特性;在[0,60]min振荡时间内,随时间的增加,研究区河床底泥对氨氮污染物的吸附量逐渐上升,60 min后基本达到平衡;通过对氨氮吸附热力学和吸附动力学研究发现,研究区河床底泥对氨氮污染物的吸附更符合Freundlich吸附模型及一级动力学模型;pH值在[2,8]范围内,随着pH值的增大,研究区河床底泥对氨氮污染物的吸附量增加;研究区河床底泥对氨氮污染物的最大吸附容量随温度的升高而减小。
研究成果可为研究区河道黑臭水体的治理提供技术支撑,同时为高效控制卫河黑臭河道内源氮的释放提供技术参考。
【总页数】8页(P51-58)【作者】韩政;张佳瑶;马孟科;高天琦;鱼丽源【作者单位】河南省地质局地质灾害防治中心;中国水利水电科学研究院【正文语种】中文【中图分类】X53【相关文献】1.养殖湖泊底泥对氨氮的吸附特性研究2.拉萨河水体底泥对氨氮的吸附-解吸特征3.养殖底泥制备腐植酸和生物炭及其氨氮吸附性能研究4.卫河新乡段底泥-间隙水-上覆水中营养盐的分布特征5.黄河兰州段悬移质泥沙对氨氮的吸附特性因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
141科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 能源与环境氨氮在湖泊沉积物-水体界面的迁移和转化是一个复杂的生物化学过程,在富氧条件下,沉积物库中的有机化合物经矿化作用,生成NH 4+扩散进入上覆水体中,提高水体氨氮浓度;而上覆水中的氨氮离子等也能反向扩散进入沉积物种,即发生沉积物对无机氨氮的吸附,且在整个交换过程中氮素主要以氨氮的形式存在[1]。
特别是在外源氮存在的情况下,由于外源输入污染物的输入通量较大,来不及降解的污染物直接进入沉积物,沉积物就成为湖泊污染物质的“汇”[2～4]。
因此,研究湖泊底泥对氨氮的吸附特征对于改善和治理湖泊的富营养化状况是十分必要的。
本试验所采得样品为孝感市王母湖与野猪湖两大养殖湖泊,其中野猪湖属于分块养殖而王母湖尚属未分割。
1 实验材料与方法1.1样品采集和处理在王母湖和野猪湖2个湖中用彼得森底泥采样器采集表层10cm的沉积物,风干后经实验室冷冻干燥,测定有机质含量、阳离子交换量以及总氮。
所用器皿均用稀盐酸浸泡过夜,所用药品均为分析纯。
1.2实验方法1.2.1吸附动力学试验称取沉积物干样1.5g 若干份,加入20mg/L的氯化铵溶液50mL,在室温下震荡离心,每隔10min取出离心管并在5000r/min 条件下离心5min,上清液用0.45um滤膜抽滤,用纳氏试剂法测定其氨浓度。
1.2.2吸附热力学试验称取沉积物干样0.5g 若干份,加入20mg/L的氯化铵溶液50mL,在室温下离心震荡2h,取出离心管在5000r ·min条件下离心5min,取上清液过0.45um滤膜抽滤,测定滤液中氨的浓度。
2 结果与分析底泥基础数据如下(如表1)。
从表1可以看出,野猪湖的有机质含量和阳离子交换量都比王母湖要高,而pH 则略低于王母湖,相对呈弱酸性。
2.1浓度对底泥吸附氯化铵的影响(如图1)图1显示的是浓度对野猪湖和王母湖土壤吸附氨氮的折线图,由此我们可以看出,两个湖曲线特征基本一致,都是先上升再到趋近平稳。
第43卷第22期•192 • 2 0 1 7 年 8 月山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol.43 No.22Aug.2017文章编号：1009-6825 (2017) 22-0192-02桂畔海河底泥氨氮释放动力学模型董志虎(天津市市政工程设计研究院，天津300000)摘要: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桂 畔海河水质的影响，分别考察温度、溶解氧和扰动强度在冬季期间对氨氮异常增加的影响，并以试验为基础构建底泥氨氮释放动 力学模型,为后续治理桂畔海河底泥污染提供了参考依据。
关键词:氨氮，底泥，水质，动力学模型中图分类号:T U991.21 文献标识码:A近年来，在顺德区快速发展的同时当地河涌污染逐渐加重，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年到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，并且构建 了底泥释放氮素的动力学模型，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模型构建对于完全混合水层，水层中单一污染物质量平衡：V"^= ^〇i~~ k"V"C" ~~h o w描述的底泥颗粒稳态质量平衡式来计算：〇 =«v4入 _ O r + 〜）4…(1-T,)pp ⑶其中，为底泥颗粒密度，m g/m3。
2参数估计式（1) ~式(3)中F系数项均表示比率，表示在线性的吸附 机制下，污染物在固体物质和水中的分散程度。
颗粒态污染物比率：pw~l+kdwsw溶解态污染物比率：表层底泥空隙水中溶解态污染物比率:v.K'k +vrAmcm +0 -v dAw(Fd pw cm/T m - F,lwcw)(1) 其中，K为水体体积，m3;C…，C m分别为水体中以及混合底泥 中污染物浓度，m^m3;(?为人流流量，m3/h;Ci为人流水体中污染 物浓度，为水体中污染物降解速率常数，l/h;<为污染 物的挥发速率，l/h;〃，为颗粒物沉降速率，m/h;人为水层表面积，m2为水层中颗粒态污染物的份数&为底泥再悬浮速率，m/h;〜为泥水界面污染物扩散系数，m/h;为底泥空隙水中和混合底泥中污染物浓度比率;为混合层的孔隙率;为水中以溶解态存在的污染物的份数4为表面负荷,k^h。
表层底泥污染物质量平衡：F'1P T+k J l-T j p,其中，为水层污染物分配系数，m3/g;t为底泥层污染物分 配系数，m3/g心为水层中悬浮固体浓度，^m3。
降解速率常数<和^代表了除挥发外的所有降解机制。
上覆水与底泥的质量传输系数：r D,vd=~^r。
其中为跨过泥水界面梯度的特征长度，m(托曼和米勒为 此参数取假定值1 cm)。
与分子扩散系数相关：K~^L= 1',K F P^W -km Vmcm -vr A mcm -vh A mcm +vd A w(~F j f u,c j T m +F iwc w) +vd A w{Fjf a c,(Q)/T, ~F dpmcm/T m)(2) 其中，匕为表层底泥体积，为表层底泥中污染物降解 速率常数，1/h;〜为埋藏速率，m/h;c,(0)为深泥层顶部污染物浓度，m^m3为深层底泥层的孔隙率。
表泥层与深泥层之间界面的接合通过扩散传输以及表泥层 颗粒向深泥层的填埋来完成，一维对流扩散降解方程[M]:ac.，w n02 c'dc'b其中，c,为深泥层污染物的浓度，m^m3为底泥空隙水中 和深层底泥中污染物浓度比率;A为底泥空隙水中污染物扩散速 率，m2/h;Z为从深泥层顶部往下的深度，m;为深泥层污染物降 解速率常数，1/h。
式（1)，式(2)中速率项u,和％，可以根据ehapra和Reek-D,=D mr\挥发速率 < 通过下式来求：K = F d u,~r〇Z w其中A为挥发传输系数,rn/年;&为水层深度，m。
根据W h i t m a n双膜理论计算挥发传输系数[5’6]:_ KfieH eV^K gH e+K t。
其中，圪为H e n r y系数;&为气膜质量传输系数，m/h;&为液膜质量传输系数，m/h。
e~R V;=6132〇(i l)a25f/";= 356 (^)a25(0.728 /U：)-收稿日期=2017-05-26作者简介:董志虎（1989-)，男，助理工程师第43卷第22期2 0 1 7年8月董志虎:桂畔海河底泥氨氮释放动力学模型• 193 •0.317C /… +0.037 2U W\在有限体积法的框架下应用四阶龙格•库塔方法、C m n k -Nieholson 方法以及〇Sher 格式黎曼近似解计算模型中各跨单元边界的数值通量，进而求得方程的数值解。
假设上覆水层和底泥层是完全混合系统[7]。
式⑴初始条件:f = 〇时人=Q是常数；式(2 )初始条件:i = 0时,〜=〜是常数；式⑶初始条件:f =〇 时，C , =c …(zm <z <i )，c , =0(L <Z < 〇〇 );边界条件:当z =时，/ = /_… ;当z = 〇〇时，f = 0。
其中，i 为从表泥层到深泥层底部的距离，为污染物的质量通量，g /(m 2 • h )为从表泥层到深泥层的污染物质量通量，g /(m 2 • h ) ;&为污染物在底泥中的深度，m 。
^ =0• 617/。
人。
其中人为动态平衡系数,l /k g ；/…为固体物质中有机碳的重 量份数(水层、表泥层和深泥层可以取不同值，在模型中用固定取 值0.05)，g (有机碳)/g ;^为辛醇-水分配系数[8]，[ m g /m 3 (辛醇）]/[m g /m 3 (水）]。
3参数假设上覆水体参数和表层底泥参数见表1和表2。
表1上覆水体参数上覆水体参数数值过流量/m 3 •年-11 380 x 10s表面积/m 261.73 xlO 6深度/m 9.1悬浮颗粒物浓度/g • m _36.7固态污染物中碳重量份数0.042污染物（N )初始浓度/m g ，L -10.15表2表层底泥参数表层底泥参数数值厚度/cm 4.5孔隙率0.61固态污染物中碳重量份数0.051污染物（N)初始浓度/mg • L _12.86204060 80 100时间/h图1初始上覆水氨氮浓度为0时本文用室内模拟实验结果来验证模型对底泥中氮素的解析、扩散和降解动力学的预测能力。
当上覆水初始氨氮浓度为〇时，将底泥氮素释放模拟实验在常温下，稳定运行96 h ，期间每隔12 h 测定一次，并记录上覆水以 及底泥的氨氮值(每次做平行试验以减小误差）。
将实验测定的 数据作图与模型拟合值进行对比，如图1所示。
由图1可以看出，在整个实验过程中（96 h ),实测值与模型 拟合值一直保持着较高的吻合度。
由于实验开始的上覆水氨氮 浓度为〇,与表层底泥存在很大的浓度差，所以实验开始阶段，上 覆水中的氨氮浓度迅速上升，当达到一定浓度后，浓度差的减小， 使两相间氨氮的转移减缓。
由于在实际自然状况下，河水中的氨 氮浓度不可能为〇,所以模型拟合值会在实验开始初期，氨氮的上 升速率低于实验值，从而在刚开始时出现了比较大的误差。
所以 本模型拟合值与实测值有较好的吻合度。
5结语本文构建的模型能很好地模拟了污染物在水系统中迁移机 制，预测了不同反应时间，上覆水体中氨氮的浓度变化值，为后续 治理桂畔海河底泥污染提供了很好的参考依据。
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