不同岩性湖泊底泥对磷的释放研究

环境科学与园林绿化21BIOTECHWORLD生物技术世界生物技术世界磷是形成水体富营养化的关键因素之一,它们的来源按进入途径可分为外源和内源[1]。外源污染是来自流域的城镇生活污水、工业含磷的废水以及含磷农药、化肥的农田径流[2]。内源污染是指在截断外源污染后,水体沉积物与水体之间通过物质交换过程,水底沉积物中的磷营养盐向上覆水中释放[3]。底泥是水体中重要的营养盐二次污染源,在厌氧环境下,底泥通常会产生磷释放现象[4-5]。沉积物(底泥)中的磷的循环在一定程度上决定着富营养化的进程,在动力作用下磷营养盐再悬浮,温度、PH、溶解氧等因子变化导致磷形态的变化以及人类、底栖生物的活动等均可造成水体富营养化[6]。许多研究结果表明,水体沉积物中营养盐的释放是水体中磷的重要来源之一,即使大幅度消减外源污染负荷,在特定条件下(高温少雨)仍可能引起水体富营养化。内源污染便成为水体藻类爆发的关键因素。因此,研究底泥磷的释放尤为重要[7]。本文的研究对象为长春市南湖,南湖是一个小型半封闭浅水内陆湖泊,作为景观水体,近年来受到外源污染的影响较小。因此,研究南湖底泥对磷的释放对改善南湖富营养化现象有着重要的影响。通过实验确定不同岩性南湖底泥在不同温度、PH值下对磷的释放容量和释放能力,为预防和处理水体富营养化提供理论依据。1底泥对磷的释放实验1.1实验方案及数据处理1.1.1实验方案本文所用底泥取自荷花池底部和南湖大桥底部。取若干个50mL的离心管,分别加30mL0.1mol/L的KCl溶液,加0.3g(精确到0.001g)沉积物干样,分别在5℃、15℃、25℃的温度下和pH为4、5、7、9、10条件下振荡24h、48h。震荡后的离心管经5000r·min-1离心5min,过0.45μm微孔滤膜。采用钼锑抗分光光度法测定o-PO43-含量和DTP含量,实验在相同条件下作3个平行。1.1.2数据处理底泥中磷释放量的计算公式:G=C*30/0.3式中:G－底泥磷的释放量,mg/kg;C－试验中底泥磷的浓度,mg/L。1.2实验结果分析1.2.1温度对磷释放的影响从图1可以看出,随着温度的升高,除去荷花池底泥震荡48h的不同岩性湖泊底泥对磷的释放研究夏婷婷(吉林建筑大学城建学院市政与环境工程系吉林长春130111)摘要:富营养化是最常见的城市内水体污染现象,尽管采取了截留排污、完善城市排水管网建设、污水集中处理等多种措施,但仍然无法杜绝富营养化的产生。研究发现,底泥吸附的磷在一定条件下会释放回上覆水中,这是导致内源型富营养化产生的关键。本文以东北某城市人工湖为研究对象,对人工湖底泥在不同温度、PH下对磷的释放进行研究,为预防和治理东北地区水体富营养化提供理论依据。关键词:岩性磷释放PH温度中图分类号:X52文献标识码:A文章编号:1674-2060(2015)05-0021-02图1底泥磷释放量随温度变化曲线环境科学与园林绿化22生物技术世界BIOTECHWORLD生物技术世界DTP含量可能因为测量误差外,底泥DTP和o-P释放含量均增加。在25℃的条件下荷花池底泥水土溶液中24hTP浓度、底泥的释放量为0.0318mg/L,3.18mg/kg,分别约为5℃、15℃时浓度与释放量的2.1倍、1.1倍;南湖大桥底泥水土溶液中24hTP浓度、底泥的释放量为0.0298mg/L,2.98mg/kg,分别约为5℃、15℃时浓度与释放量的2.7倍、2.3倍。南湖大桥的底泥随着震荡时间的延长,DTP和o-P释放含量均增加。水体温度对底泥释磷能力的影响主要由以下的因素所引起:各类磷酸盐矿物的溶解取决于水体中磷的溶解度,而温度为影响饱和度的主要因素,温度升高,溶解度加大而导致底泥释磷能力的提高;温度升高,微生物活力增强,底泥中有机质的分解、矿化的速度加快,不仅可以降低氧化还原电位,使Fe3+还原为Fe2+并从正磷酸铁和氢氧化铁的沉淀物中释放出磷,且产生CO2使得含钙沉积物如钙结合态磷的溶解而释放出磷[8-9]。1.2.2pH值对磷释放的影响从图2可以看出,随着PH的升高,底泥DTP释放量先下降后上升,在PH为7时底泥DTP释放量最小,偏酸或者偏碱性条件均会导致DTP释放量的增加;o-P释放量随PH升高的变化趋势无统一规律,可能是由于测量原因导致,因此不对其进行讨论;震荡24的DTP释放量比震荡48的DTP释放量略有增加;同一震荡时间条件下,荷花池底泥DTP释放量低于南湖大桥底泥DTP释放量。由上图曲线可以看出水体酸碱度的变化对底泥DTP释放有较为显著的影响。底泥中磷的赋存状态通常可以分为无机磷与有机磷,按照与磷酸根离子结合的金属阳离子类型,无机磷又由铁结合态磷、钙结合态磷、铝结合态磷等组成,pH值的变化影响着无机磷中各结合态磷的稳定性,在中性水体中,磷离子主要以正磷酸盐形式存在,易与金属阳离子结合沉淀,水体中的TP浓度应该最低;在酸性水体中,钙结合态磷易溶解释放出磷,而在碱性水体中铁、铝等结合态磷则易溶解释放出磷,释放的幅度与底泥中各种结合态磷含量相关[10-11]。2结论本文对长春南湖荷花池和南湖大桥底泥的磷释放能力进行了研究,得到了以下的结论:通过不同温度下底泥磷释放实验可知,随着温度升高,底泥DTP、o-P释放含量增大;通过不同PH下底泥磷释放实验可知,在PH为4时底泥DTP释放量最大,PH为7时底泥DTP释放量最小。参考文献[1]黄清辉.浅水湖泊内源磷释放及其生物有效性——以太湖、巢湖和龙感湖为例[D].博士学位论文.中国科学院生态环境研究中心,2005.[2]王淑芳.富营养化防治研究与展望[J].环境科技,2005,8(4):54-56.[3]李文霞,冯海艳,杨忠芳等.水体富营养化与水体底泥释放营养盐[J].地质通报,2006,25(5):602-608.[4]朱广伟,秦伯强,高光等.长江中下游浅水湖泊沉积物中磷的形态及其与水相磷的关系[J].环境科学学报,2004,2(3):381-388.[5]秦伯强,胡维平,高光.太湖沉积物悬浮的动力机制及内源释放的概念性模式[J].科学通报,2003,45(17):1522-1531.[6]王勇.底泥中营养物质及其他污染物释放机理综述[J].工业安全与环保,2006,3(9):27-29.[7]彭祥捷,黄继国,赵勇胜,夏婷婷.长春南湖营养盐与叶绿素a的分布与富营养化评价[J].环境污染与防治,2010,32(9):50-54.[8]张镇.从系统角度对湖泊富营养化形成机理的解释[J].前沿,2007,17:3-5.[9]王鹏.富营养化湖泊营养盐的来源及治理[J].水资源保护,2004.(2):9-12.[10]安文超.南四湖及主要入湖河口沉积物的污染特征及磷吸附释放研究[D].博士学位论文.山东:山东大学环境工程系,2008.[11]徐锐贤,王才,冯江等.长春南湖富营养化与生态治理[M].长春:吉林科学出版社,1999.图2底泥磷释放量随PH变化曲线