上覆水营养盐浓度对底泥氮磷释放的影响

罗玉红，高 婷，苏青青，赵小蓉

（三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002）

Luo Yuhong， Gao Ting， Su Qingqing，Zhao Xiaorong

（College of Hydraulic ＆ Environmental Engineering,China Three Gorges University，Yichang Hubei443002,China）

上覆水营养盐浓度对底泥氮磷释放的影响

罗玉红，高 婷，苏青青，赵小蓉

（三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002）

采用校园水体底泥进行上覆水营养盐浓度对底泥释放量之间的关系研究。结果表明，在本实验条件下，上覆水水质影响底泥氮、磷的释放，尤其显著影响氮、磷的初期释放；上覆水氮、磷的浓度越小，底泥氮、磷的释放量越大；上覆水氮、磷的浓度超过一定值，会抑制底泥氮、磷的释放。

释放量；上覆水；营养盐浓度；相关性

Luo Yuhong， Gao Ting， Su Qingqing，Zhao Xiaorong

（College of Hydraulic ＆ Environmental Engineering,China Three Gorges University，Yichang Hubei443002,China）

莲心湖、文思湖和连接两湖的求索溪，是三峡大学校园内的景观水体。该水体原属沙河水系，与长江的支流黄柏河相通。随着城市发展和校园建设，校园内的水体逐步成为相对独立、封闭的缓流水体。沙河污水处理厂建设运行后，原直接进入水体的生活污水绝大部分被截流至污水处理厂，仅有少数生活污水受条件限制，没有纳入污水管道，零星汇入水体。前期的研究结果表明这段景观水体已经受到严重污染，富营养化严重[1]，亟需合适的方法来恢复水体功能。

文思湖地理位置较其上段莲心湖、求索溪更为复杂:一部分岸边为三峡大学校区，另一部分则为校外周边居民区。校内部分的外源污染经过治理将逐步消失，而校外部分的控制则显得更加复杂。因此项目研究将重点放在内源污染控制上[2～3]。

为找出沙河水体底泥的释放规律，采集了该水体底泥，对沙河水体内源污染物的释放规律做了一系列研究，同时为沙河水内源污染物的控制提供相应的理论依据。本研究人工进行模拟静水和动水状态下底泥中污染物释放过程，重点讨论了上覆水营养盐浓度对底泥氮磷释放量之间的关系，以期为提供合适的底泥生态修复措施提供依据。

1 实验

1.1 样品采集与准备

底泥样品取自文思湖底泥，采用QNC6型系列采泥器对表层泥土采样。底泥采样器使用前用洗涤剂除去防锈油脂；采样时将采样器先放在采样点位置的水里冲刷3～5min，然后采样；泥样取出后，清除其中杂草及固体废弃物，保证泥质均匀；置于室内，自然风干一段时间，直到泥土干裂不粘和在一起；取少量测量其含水率。

1.2 实验设置

按照水土（去除含水率后） 比50∶1的关系称取泥样（160 g） 置于桶内，加配比营养盐的水（8 kg）即可开始释放实验。加水时要用细橡皮管从底部缓慢加入，尽量避免由于水流冲刷作用使底泥扬起。同时每种泥样取出少量用作泥质监测。底泥及上覆水配比好后，以后每天上午测上覆水中TP、TN、DO、pH、电导率的值[4]，直到释放达到平衡停止实验。

为了弄清上覆水水体对底泥释放污染物的影响，配制了分别添加N和P的上覆水，进行底泥释放实验，实验设置见表1。

2 结果和讨论

2.1 上覆水TP浓度对底泥磷释放的影响

图1 上覆水TP浓度对底泥TP释放的影响

图1为加了底泥的上覆水的TP浓度变化曲线。由于上覆水中加入的磷储备液各不相同，所以曲线的起点不同。在实验开始阶段，TP1、TP2、TP3、TP4的浓度都在上升，而TP5的浓度却在下降。这是因为前面4个样的上覆水中加入的磷储备液浓度较低，对底泥的释放影响不大，而样TP5却由于上覆水中的TP浓度本身就高，抑制了底泥中TP的释放。由曲线可以看出，上覆水中一定浓度的TP不仅抑制了底泥中TP的释放，并且TP还在被底泥所吸附。随着时间推移，前2个样的TP浓度逐渐增大至一定值，而样TP5逐渐减小到一定值，都慢慢趋于平稳。到实验结束时，各条曲线靠得很近，TP1到TP5由下到上排列，这主要是由上覆水中TP浓度决定的。因为底泥中的TP浓度是一定的，而上覆水中的TP浓度不一样，水与底泥两相界面中TP浓度差不同，在上覆水与底泥的释放与吸附动态过程中，TP浓度慢慢在两者之间达到平衡，样TP5中上覆水的TP浓度最大，当TP浓度平衡时，其浓度也最大；相应地TP1的浓度最小。

表1 实验设置

图2 空白样的TP变化曲线

图2为没加底泥的上覆水的TP浓度变化曲线。可以看出其起始点浓度和配药时上覆水的浓度相差不大；并且由于没有底泥对上覆水的影响，其TP浓度变化一直很平稳，基本处于不变的状态，一直到实验结束，其浓度都无太大变化。

2.2 上覆水TN浓度对底泥氮释放的影响

图3 上覆水TN浓度对底泥TN释放的影响

由图3可以看出，实验开始时，上覆水中的TN浓度慢慢增大，直到达到一个最大值。达到最大值后，浓度有减小的趋势，然后其浓度在小范围内摆动，到最后趋于平稳，所有试样的浓度到最后相差不大。这是由于底泥中的TN不停地向水中释放，使水中的TN浓度逐渐达到饱和。上覆水中的TN浓度达到饱和之后，会逐渐向底泥中反释放，同时底泥中的TN也在向水中释放，两者不停交换，直至达到动态平衡。

2.3 底泥释放周期比较

为了弄清底泥释放之后再次释放N、P污染物的情况，在底泥完成一次释放过程达到平衡之后再次进行第二次释放周期实验，结果如下:

图4 TP的两次释放周期比较

图5 TN的两次释放周期比较

图4为TP1第一次释放与倒掉上覆水换成自来水后第二次释放曲线比较。从图4可以看出，倒掉上覆水后TP1明显地表现出再释放，其周期曲线的大致走势基本不变，但是相同天数的释放量明显小于前一个周期，峰值也小于前一个周期的峰值，峰值出现的时间较第一次晚2天。原因是底泥中的磷经过初期释放，含量减少，换水后底泥与水体间的浓度差变小，释放动力变弱[5]。

由图5可知，即使释放的时间继续延长，未倒掉上覆水的样品TP1、J2中的氮释放依然保持稳定，倒掉上覆水重新换成自来水的水样TP1*、J2*则出现明显再释放。释放峰值远小于前一周期。

2.4 底泥分析

实验测定了释放前后底泥的TN、TP，并计算释放率，结果见表2。

表2 底泥释放前后浓度变化

由上表2可以看出，TP2的总磷释放率为31.4%，TP3的总磷释放率为21.9%，TP4的总磷释放率为16.1%，TP5的总磷释放率为12.4%；TP2的总氮释放率为25.4%，TP3的总氮释放率为23.2%，TP4的总氮释放率为26.6%，TP5的总氮释放率为24.6%；TP2、TP3、TP4、TP5上覆水总磷浓度依次升高，它们的释放率则依次降低。由此可以得出这样的结论:底泥与上覆水间磷的浓度差越大，底泥中总磷的释放率越大；上覆水中总磷浓度过大会抑制底泥向上覆水中释放磷。而上覆水磷浓度的不同不会影响底泥中总氮的释放率，这与释放实验中上覆水中氮浓度变化是相符的。

3 结论

通过以上实验，可以得出以下结论:

（1）底泥中TP的释放与否取决于上覆水与底泥间总磷的浓度差。

（2）底泥中P在释放的过程中存在一个临界浓度，底泥向水体的释磷过程并不是无条件进行的，而是受到上覆水中磷浓度的限制。当上覆水P浓度大于临界浓度时，水体中的P会向底泥中沉积；当上覆水P浓度低于临界浓度时，底泥中的P会释放到水体中，表现为释磷过程。

（3）上覆水中氮的浓度不同，不会影响底泥中磷的释放；上覆水中磷浓度的不同，不会影响底泥中氮的释放。

（4）底泥中氮磷的初始浓度会影响峰值的大小与峰值出现的时间，初始浓度越大，峰值越大，峰值出现的时间较早。

[1]罗玉红，潘圣.三峡大学文思湖水污染评价[J].安全与环境工程，2009，16（6）:45-47，51.

[2]DING LING，WU JIANQ，PANGYONG,etal.Simulation study on algal dynamics based on ecological flume experiment in Taihu Lake China[J].Ecological Engineering，2007，31（3）:200-206.

[3]LAVERMAN ANNIET M.，CANAVAN RICHARD W，SLOMP CAROLINE Petal.Potential nitrate removal in a coastal freshwater sediment （Haringvliet Lake,The Netherlands）and response to salinization[J].Water Research，2007，41（14）:3061-3068.

[4]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社，2002.12.

[5]张丽萍，袁文权，张锡辉.底泥污染物放动力学研究[J].环境污染治理技术与设备，2003，4（2）:22-26.

[6]秦伯强.长江中下游浅水湖泊富营养化发生机制与控制途径初探[J].湖泊科学，2002，14（3）:193-202.

The Influence of Nutrient Salt Concentration in Overlying Water on Nitrogen and Phosphorus Release of Sediment

This paper carried out the experiment on the relationship of nutrient salt concentration in overlying water and nitrogen and phosphorus release of sediment by using campus sediment.The experimental results show that nitrogen and phosphorus release,especially the initial release rate,is obviously affected by the quality of overlying water,the lower concentration of nitrogen and phosphorus of overlying water,the higher release amount of TN and TP of sediment,when the concentration of nitrogen and phosphorus of overlying water is higher than a certain value,nitrogen and phosphorus releasing would be restrained.

release amount； overlying water； nutrient salt concentration； correlation

X52

A

1008-813X（2011）06-0071-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2011.06.019

2011-09-02

罗玉红（1976-），女，湖北人，毕业于武汉大学环境工程专业，硕士，讲师，主要从事水污染控制、环境影响评价的教学与研究工作。