汾河底泥耗氧速率测试

牛云景

（运城市环境保护监测站，山西运城044000）

汾河底泥耗氧速率测试

牛云景

（运城市环境保护监测站，山西运城044000）

以汾河运城段几个县界断面底泥和水质为实验目标，采用实验室测定方法，分别对在平水期、枯水期的底泥耗氧（S O D）速率进行测试，并对测试条件进行优化，对结果进行分析。研究表明，无论枯水期还是平水期，S O D总体变化趋势与河流水质污染（化学需氧量、氨氮）趋势基本一致。

汾河；枯水期；平水期；底泥耗氧速率

1 底泥耗氧速率

1.1 底泥耗氧速率定义

底泥耗氧速率（SOD）是指水底沉积物氧化和生物呼吸作用引起的上覆水体溶解氧（DO）的消耗速率，单位为mg/（m2·d）[1]。Hanen N B.与Bowman G.T.等先后指出，底泥好氧速率约占河流中总耗氧的40%～50%[2～3]，因此研究河流的SOD对于探明河流污染总容量及治理具有现实意义。

1.2 测定方法

SOD的测定方法可以概括为两大类：实验室测定法和现场测定法。这两种方法的基本原理相同，即取一定表面积的底泥，将其封闭在测定容器内，上覆已知体积、含有充分溶解氧的水，然后通过测定容器内溶解氧随时间的浓度变化（续批式）或测定容器进出水的DO差（连续式）来计算水体SOD。[4]

2 实验

2.1 分析仪器及测试装置

测定SOD的容器目前尚无统一的规格，但都以尽可能模拟水体自然条件、简化实验室设备为基本原则，同时要求有较高的密闭性，以防止外界氧气自由进入实验水体引起误差。

本批次实验测定装置如图1所示：2000 ml的玻璃量筒，高50 cm，内径8.4 cm；溶解氧仪为HANNA HI2400。测试过程：将底泥沿玻璃量筒缓缓滑入量筒底部后，制作上覆水（由于汾河运城段水质的溶解氧很低，甚至处于厌氧状态，所以本批次实验主要采用DO饱和蒸馏水或人工充氧饱和DO河水作上覆水，上覆水制作方式如图2所示），然后采用虹吸的方法注入上覆水，缓缓放入微循环泵、溶解氧测定探头（探头放入前要将其校准完毕，放置时要注意轻拿轻放，以免引起底泥的扰动），然后用橡皮塞、棉花、封口膜、胶带等将其口封住，以免空气进入。最后启动微循环泵，开始测定。

图1 测试装置

图2 上覆水制作装置

图3 采样装置

2.2 采样装置

本实验采用与测试装置配套的圆柱状塑料采样装置，如图3，外径9.0 cm，内径8.1 cm，高21 cm。现场人工水底取泥样，水中橡胶塞密封，避免外来引入DO。从采样完毕到实验分析时间间隔应不大于6 h。

3 分析条件的优化

3.1 分析时间段的确定

底泥耗氧总量与测定时间变化趋势如图4所示。从多次实验数据中可以总结出：SOD的变化分比较明显的3个阶段：0～30 min、30～90 min、90 min至实验结束。第一阶段由于放入底泥、虹吸加入上覆水等操作对底泥有一定的扰动，DO消减很快，SOD数值较大，为9.38 mg/（m2·d）；第二阶段、第三阶段DO变化相对缓慢，SOD数值较稳定，为2.88 mg/（m2·d）、2.43 mg/（m2·d），而且曲线相关性比较好。因此，从工作效率、工作成本以及工作人员劳动强度方面考虑，第二阶段为最佳测定时间段。

图4 时间实验变化过程

图5 每隔1 min测定

3.2 测定时间间隔实验

实验过程中每隔1 min记录一次数据与每5 min进行一次记录进行比较，如图5、图6所示。

图6 每隔5 min测定

图7 底泥采样点位分布

从图中可以得到每5 min SOD为7.44 mg/（m2·d），每1 min SOD为7.46 mg/（m2·d），结果相差不大，因此，从工作效率和工作强度上可以考虑采用每5 min记录一次数据。

4 采样地点的优化

4.1 点位选择

根据汾河运城段河道及污染物排放分布特点，基本上以各县市自然分界点为采样点位，并增添汾河入运城和汾河入黄河2个点位，总共设置7个点位，如图7所示。

4.2 枯水期和平水期对汾河运城段进行分析

在采集底泥样品的同时采集同位置的河水，进行底泥分析时并对河水的化学需氧量和氨氮[5～6]进行分析，其结果见表1。从表1中可以看出：枯水期SOD(1.62～10.8 mg/（m2·d）)变化较大，平水期SOD（1.01～2.60 mg/（m2·d））变化较小。主要因为汾河是一条季节性变化较大的河流，枯水期基本断流，枯水期汾河运城段已经成为沿途各县市的排污渠。从图8、图9中可以看出，无论枯水期还是平水期，SOD总体变化趋势与河流水质污染（化学需氧量、氨氮）趋势基本一致。

表1 汾河运城段枯水期、平水期检测结果mg/（m·2d）

图8 平水期SOD与COD、氨氮变化趋势

图9 枯水期SOD与COD、氨氮变化趋势

4.3 附近污染源对底泥中耗氧速率测定的影响

枯水期6号点上游100 m处有1处排污口，枯水期SOD变化趋势上6号点位显得比较突兀。在平水期检测时，把6号点位往下游平移500 m，从变化趋势上看，比较符合河流变化趋势。因此，采样的时候，应该避开污染源，才能真正体现河流污染状况。

4.4 微生物对SOD测定的影响

以7号点为例，在同一个位置多次采样比对结果见表2。

表2 采样比对结果mg/（m2·d）

7-1有明显的微生物；7-2，7-3，7-4，7-5有少量微生物，且用肉眼观看无太大差异；7-4是采用溶解氧饱和河水作为上覆水并扣除上覆水的空白；7-5微循环泵循环速度为10 ml/s，其它均为50 ml/s。从上述结果可以得出，采样位置中的微生物影响很大，可以通过增大采样面积、采样量来减少平行样之间的误差。4%的甲醛水溶液作上覆水可以消除微生物带来的干扰，但是不能完全表现出底泥的真实情况，采用饱和蒸馏水和饱和河水作上覆水，对实验结果影响不大，微循环泵是用来模拟河流水流，所以它的循环速度对测定结果影响很大。

5 结论

（1）汾河运城段底泥SOD最佳的测定条件为：饱和蒸馏水作上覆水，循环0.5 h后，进行记录，每5 min记录一次溶解氧。

（2）采样时尽量定制专门的采样装置及其配套的底泥测试装置，这样，在底泥的转移过程中才能尽量减少底泥的扰动，并尽可能采到较大面积的底泥。

（3）采样时应同时测定河水流速，以便分析时控制上覆水的循环速度，才能更准确地得到SOD值。

（4）采样点位的选取应避开死水区、回水区、排污口处，尽量选择顺直河段、河床稳定、水流平稳、无急流和无浅滩处。

（5）经过枯水期、平水期对汾河流域运城段底泥耗氧速率的检测与分析，采样面积对每次检测结果影响很大，河流底泥好氧速率的大小与季节、河水现状、历史污染状况都有密切关系。

[1]王敏，张明旭.苏州河武宁路断面底泥需氧量的测定[J].上海环境科学，2003,22（6）：418-422.

[2]HANES N B,IRVINE R L.Oxygen Uptake Rates of Benthal Systems by a New Technique[C].Lafayetle：Purdue Univ.Series,1986：468-479.

[3]BOWMAN G T,DELFINO J J.Sediment oxygen demand techniques：a review and comparison of laboratory and In-Situ systems[J].Wat.Res.,1986,14（3）：491-494.

[4]GEORGE L，BOWIE.Contents and kinetics formulations in surface water quality modeling[M].2nd ed.Lafayette：California，1985：945-949.

[5]国家环境保护局.GB 11914-89水质华学需氧量的测定重铬酸盐法[S].北京：中国标准出版社，1989.

[6]国家环保局.GB 7479-87水质铵的测定纳氏试剂比色法[S].北京：中国标准出版社，1987.

Sediment Oxygen Demand Determination of Fen River

Niu Yunjing
（Yuncheng Environmental Monitoring Staion，Yuncheng Shanxi 044000，China）

This paper,taking the sediment and water body of Fen River at Yuncheng county boundaries as the experimental targets,tested the Sediment Oxygen Demand(SOD)in the level and low water period respectively by using laboratory determining methods,then optimized the test conditions and analyzed the results.Results showed that the trend was consistent of Sediment Oxygen Demand(SOD)and river water pollution(chemical oxygen demand(COD),ammonia)regardless level water period and low water period.

Fen River；low water period；level water period；Sediment Oxygen Demand

X832

A

1008-813X（2011）04-0066-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2011.04.020

2011-07-01

牛云景（1978-），女，山西省平陆县人，毕业于长春科技大学工业分析专业，环保工程师，现主要从事环境监测工作。