微表层油膜漂浮物对富营养水体水质指标的影响

包蓉 刘本洪

摘要：以油膜为富营养水体微表层漂浮物的代表，通过反应器模拟富营养水体微表层油膜先覆盖后去除的过程，分析了水体溶解氧、pH、電导率以及氮磷等的变化，探讨了微表层油膜漂浮物对富营养水体水质的影响。结果表明：相较于对照组水体微表层油膜一直覆盖的状态，实验组水体微表层油膜的覆盖—去除过程对水体溶解氧的影响最大，会使溶解氧先下降后上升，对水体总氮（TN）和高锰酸盐指数（CODMn）的实际去除率较高，分别达到32.8%、16.3%，这说明微表层油膜漂浮物的覆盖-去除过程可有效改善富营养水体水质，是未来一种值得尝试的方法。

关键词：富营养水体；微表层；漂浮物；油膜；溶解氧

中图分类号：X52

文献标识码：A 文章编号：16749944（2016）08004303

1 研究背景

微表层这个概念来自海洋，是指处于气—液界面之间的薄层，由于其所处的独特位置，因而具有特殊的物理、化学和生物特性，可视为一个特殊的微生态系统[1]。研究表明：海洋和河口的微表层对重金属、营养盐及有机物等有一定的富集作用[2～5]，对污水治理有着极为重要的作用。目前，对于水面微表层研究较多的是海洋和河口，很少有研究内陆河流微表层对水体的影响，亦未见研究微表层中的漂浮物对内陆富营养水体的影响。以水面油膜为漂浮物代表，研究富营养水体微表层漂浮物对水体水质的影响，通过微表层漂浮物的覆盖—去除，以及对富营养水体溶解氧、pH值、氮、磷营养盐及有机物的测定，衡量表面漂浮物（油膜）的去除对富营养水体的影响，为处理富营养水体提供数据支撑。

2 材料与方法

2.1 实验水样

实验水样取自四川省成都市府河、南河汇合后的下游，四川大学望江校区东大门正对的锦江河段。实验水体的基本性质见表1。

2.2 实验材料

实验中反应器的形状类似矩形，尺寸为300 mm×100 mm×400 mm，在反应器长边的三等分点处分别设置两个隔板，使反应器下部相通上部隔开，隔板长350 mm。反应器的材料为无色透明的有机玻璃（即聚甲基丙烯酸甲酯，英文缩写为PMMA），有机玻璃间的粘合剂为氯仿（即三氯甲烷）。图1为反应器的示意图。实验中采用植物油模拟水体表面油膜。实验中所用增温棒为JEBO佳宝鱼缸加热棒，型号为2010防爆，电压为220/240 V，频率为50 Hz/60 Hz，长度210 mm，功率50 W。

2.3 实验方法

向反应器中加入10.5 L的实验水样，每个隔间水量为3.5 L，加热棒放置在中间隔间的下部，设置温度为32 ℃。

（1）富营养水体微表层油膜覆盖期，向实验组（EG）和对照组（CK）中各加入25.0 mL的植物油。每天定时测定水体中心位置水面以下8 cm处水样的溶解氧、pH值、电导率。连续观测7 d后，用移液管取水体中心位置水面以下8 cm处水样350 mL至烧杯用于水质指标的分析，检测项目和方法见表2。

（2）富营养水体微表层油膜去除期，将已经被油膜覆盖7 d后的实验组（EG）用倾倒法去除其表面的油膜；对照组不作任何处理，表面仍被油膜覆盖。每天定时测定水体中心位置水面以下8 cm处水样的溶解氧、pH值、电导率。连续观测7 d后，用移液管在水体中心位置水面以下8 cm处移取水样350 mL至烧杯用于水质指标的分析，检测项目和方法见表2。

2.4 统计分析

试验数据用spss进行分析。

3结果与分析

3.1 溶解氧的变化及分析

由图2可以看出：实验组和对照组的溶解氧变化趋势相似，均为先下降后上升。但用spss分别分析实验组和对照组油膜覆盖期以及油膜去除期实验数据，在油膜覆盖期，因Sig.（双侧）大于0.05，故对照组和实验组的溶解氧无显著差异；在油膜去除期，因Sig.（双侧）小于0.05，故对照组和实验组的溶解氧有显著差异，说明富营养水体油膜去除对水体的溶解氧有显著影响，具体见表3。

在油膜覆盖期，实验组和对照组的溶解氧都迅速下降，从6.01 mg/L降到接近0.00 mg/L。在油膜去除期，实验组和对照组的溶解氧都有所上升，实验组的上升幅度明显大于对照组。因为实验组在去除表面油膜后，空气中的氧气可经由微表层进入到水体中，水体的溶解氧升高。最后对照组溶解氧稳定在0.30 mg/L左右，实验组稳定在1.50 mg/L左右，实验组溶解氧含量明显高于对照组，主要是因为，实验组去除表面的油膜后，水体微表层又会形成一层新的膜，在一定程度上阻碍大气富氧，影响水中溶解氧的进一步上升。因此，想要达到更好的处理效果，需要对水体微表层进行持续处理，使微表层处于“运动”状态，比如：在水面设置推流装置等，水体水质会得到更好的改善。

3.2 电导率、pH值的变化及分析

由图3、图4可以看出：在油膜覆盖—去除过程中，实验组和对照组的pH值基本没有变化；电导率先小幅下降后上升，因为在油膜覆盖期，水体扰动较小，水中颗粒物质沉淀，使得电导率下降，去除油膜后，水体与外界进行物质交换，水体扰动增加，沉积的颗粒物重新漂浮在水中，使得电导率上升。

3.3 氮磷营养盐及有机物的变化与分析

由表4可以看出：相比于对照组，实验组中的总氮（TN）、高锰酸盐指数（CODMn）分别减少了32.8%、 16.3%；总磷（TP）含量基本不变。

实验水体中总氮的初始浓度为3.48 mg/L，在地表水环境质量标准中为Ⅴ类水。氮的去除主要是靠微生物的硝化与反硝化作用。相比于对照组，实验组中油膜的覆盖与去除为微生物提供了良好的硝化与反硝化环境。在油膜覆盖期，实验组和对照组水体的微表层均被油膜覆盖，水中溶解氧下降至接近0.00 mg/L，微生物进行厌氧反硝化反应，将水体中的氮转化为氮气从而除去水中的氮，实验组中总氮由3.48 mg/L下降到2.63 mg/L，下降了24.6%；在油膜去除期，实验组水体微表层的油膜被除去，水体微表层稳态被破坏，但后续实验中观察到微表层重新出现新的油膜，因此，要想达到更好的处理效果，可对微表层进行持续处理，比如：在水面设置推流装置等。

实验水体中总磷的初始浓度为0.20 mg/L，含量并不高，因此，整个實验中，实验组和对照组的变化基本相同，当水体微表层被油膜覆盖时，水体扰动较小，使得磷酸盐易结合其他颗粒而沉积，水中颗粒物减少，电导率小幅下降，总磷含量由0.20 mg/L下降到0.06 mg/L。在油膜去除期，总磷含量变化不大，主要是因为前期总磷含量较低，由0.06 mg/L下降到0.04 mg/L，变化在误差范围内，可忽略不计。

实验水体中CODMn的初始浓度为7.92 mg/L，在地表水环境质量标准中为Ⅳ类水。在经过油膜覆盖—去除过程之后，实验组中CODMn的浓度由7.92 mg/L下降至3.58 mg/L，下降了54.8%，相较于对照组，实际去除率为16.3%。主要是因为微表层油膜的覆盖—去除过程相当于厌氧-好氧过程，为水中微生物提供了良好的生存环境，充分利用水体的自净能力，达到降低COD的效果。

4 结论

水体微表层漂浮物的覆盖—去除过程对水体溶解氧的影响最大，会使溶解氧先下降后上升，对水体总氮（TN）和高锰酸盐指数（CODMn）的实际去除率较高，分别达到32.8%、16.3%。因此，利用微表层漂浮物的覆盖—去除过程处理富营养水体可达到良好的处理效果，在最大程度上营造良好的水体处理环境，充分利用水体的自净能力，得到治理富营养化水体的目的。

参考文献：

[1]蒋江峦. 广东三种代表性水体微表层富集作用的比较研究[D]. 广州：暨南大学， 2011.

[2]吴兴让. 珠江广州段水体微表层与次表层中多环芳烃和重金属分布规律的研究[D].广州：暨南大学， 2010.

[3]王朝晖，杨宇峰，宋淑华，等. 大亚湾海域营养盐的季节变化及微表层对营养盐的富集作用[J]. 环境科学学报，2011， 31（2）： 307～315.

[4]彭云辉，王肇鼎，潘明祥，等. 大亚湾海区微表层、次表层BOD和COD的研究[J]. 海洋湖沼通报，2000（4）： 13～19.

[5]赵顺. 北黄海微表层与次表层细菌丰度及群落结构的时空变化特征研究[D]. 大连：大连海洋大学， 2014.

Abstract： By the coverage and removal of the oil-film which is the representative of floats in the surfacemicrolayer， the experiment analyzesthe change of dissolved oxygen（DO），pH，total nitrogen（TN）， total phosphorus（TP） on eutrophic water. The results showed： adding oil and removing oil can greatly influence the water quality indicators.The DO rises after the first drop. Compared with the control group， the actual removal of TN、CODMnis higher， which is 32.8%、16.3% in treatment group. The experiment indicated： the cover-removal of the oil-filmin the surface microlayer is effective in improving the eutrophic water quality， which is a worthwhile approach in the future.

Key words：eutrophic water； surface microlayer； floats； oil-film； DO