滴水湖及其入湖河道水質(zhì)調(diào)查及沉積物中磷的探究.pdf

1、滴水湖是位于上海市東南方向的國內(nèi)最大的人工湖,總面積達5.56 km2,其水源來自黃浦江,流經(jīng)大治河,經(jīng)隨塘河等河道引水入湖。滴水湖及其貫穿城區(qū)的引水河道是構成臨港新城區(qū)水系統(tǒng)的主要部分,承擔著塑造城市景觀生態(tài)、優(yōu)化地區(qū)氣候的重要任務。本課題對滴水湖及其引水河道內(nèi)水體質(zhì)量進行周年水質(zhì)監(jiān)測,對其水環(huán)境質(zhì)量和營養(yǎng)狀態(tài)進行評價;針對滴水湖富營養(yǎng)化因子為磷的初步結論,進一步分析研究了表層沉積物中的磷,包括各種形態(tài)磷的組成及時空分布、磷的吸附解吸

2、特性以及環(huán)境因子對沉積物吸附解吸磷的影響等。本研究可為科學評價滴水湖的水體質(zhì)量、預測其發(fā)展趨勢,為國內(nèi)人工湖泊生態(tài)系統(tǒng)的進化研究等提供數(shù)據(jù)資料,為預防和治理湖區(qū)綜合污染提供科學依據(jù)。
　　2011年,對滴水湖及其入湖河道水體進行周年水質(zhì)監(jiān)測,監(jiān)測指標包括水溫、pH、溶解氧、透明度、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、各形態(tài)氮磷以及葉綠素a。根據(jù)監(jiān)測結果利用灰色聚類分析法對滴水湖及其引水河道內(nèi)的水體質(zhì)量及營養(yǎng)狀態(tài)進行評價。期間對各監(jiān)測點處

3、沉積物中總磷以及各形態(tài)磷進行分析研究,探究其時空分布規(guī)律;2012年,結合前期對風干沉積物中磷吸附特性的研究進一步分析了沉積物新鮮樣品中磷的的吸附解吸特性及環(huán)境因子對磷的遷移轉化的影響。研究結果如下:
　　(1)滴水湖及其河道各監(jiān)測點水溫年變化規(guī)律類似,主要隨地區(qū)氣候而變化,最低溫出現(xiàn)在二月份,最高溫出現(xiàn)在八月份,年均水溫在17.32℃~18.38℃范圍內(nèi)。湖區(qū)內(nèi)水體pH值較引水河道內(nèi)高,年均值為8.58±0.02,后者為7.82

4、±0.04。靠近大治河的引水河道水體內(nèi)溶解氧含量較湖區(qū)水體低,年均值為4.73 mg·L-1,湖區(qū)內(nèi)溶解氧年均含量達8.50～9.94 mg·L-1,接近飽和。滴水湖湖區(qū)及靠近湖區(qū)的閘內(nèi)引水河內(nèi)CODMn年均值為5.34 mg·L-1,略低于大治河及附近的引水河5.39 mg·L-1。說明引水河干道水體還原性物質(zhì)含量略高于滴水湖。隨塘河上游水體中總磷、總氮含量明顯高于滴水湖湖區(qū),前者年均含量分別為0.23±0.11 mg·L-1、4.9

5、0±0.38 mg·L-1,后者TP、TN年均含量分別為0.07±0.01 mg·L-1、1.27±0.07 mg·L-1。經(jīng)灰色聚類法分析所得監(jiān)測數(shù)據(jù)知:大治河以及隨塘河上游河道內(nèi)水體水質(zhì)為Ⅴ類,呈富營養(yǎng)化狀態(tài);靠近滴水湖的引水河道內(nèi)水體水質(zhì)屬于Ⅲ~Ⅳ類,屬中營養(yǎng)狀態(tài);湖區(qū)內(nèi)水體質(zhì)量2011年較2010年好,達Ⅱ類地表水水平,屬中營養(yǎng)狀態(tài)。
　　(2)隨塘河上游沉積物中總磷含量高達2122.45 mg·L-1,引水河道沉積物中總

6、磷年均含量為873.01mg·kg-1,明顯高于湖區(qū)沉積物中TP含量489.27 mg·kg-1,河道與湖區(qū)沉積物中TP主要由IP組成,含量均高達TP含量的90％以上。湖區(qū)IP中又以Ca-P含量最高,達439.37 mg·kg-1,其次為Oc-P,Fe-P、De-P含量較低;引水河道蘆潮引河監(jiān)測點因一月份采樣位點過于靠近水閘口導致出現(xiàn)該點所測總磷及各形態(tài)磷含量在冬季驟升的現(xiàn)象,而湖區(qū)出水口處沉積物中總磷及各形態(tài)磷含量在春季最高。湖區(qū)及引

7、水河道其它監(jiān)測點處沉積物中總磷及各形態(tài)磷含量基本無明顯的季節(jié)性變化;各磷形態(tài)之間, Org-P與Ex-P、Al-P、Fe-P、Oc-P、De-P顯著相關,與Ca-P不相關。Fe-P與Oc-P顯著相關,Ca-P與其它形態(tài)磷均無明顯相關性。
　　(3)滴水湖湖區(qū)內(nèi)五個采樣點風干沉積物對上覆水中磷的“快吸附”過程發(fā)生在0～4h內(nèi),吸附速率達3.08～5.65 mg/(kg·min),“慢吸附”發(fā)生在4～24h內(nèi),速率為0.54～1.34

8、 mg/(kg·min),24h后達到動態(tài)平衡狀態(tài)。拋物線擴散方程21Ct=C0-kt可很好地擬合沉積物對磷的吸附動力學過程。區(qū)別于風干樣的新鮮沉積物樣品快吸附發(fā)生在反應初始的1h內(nèi),且吸附容量較大,達2200～4000mg·kg-1。其吸附動力學過程較為復雜,拋物線方程不能很好地描述該過程。關于沉積物的等溫吸附過程:在低磷濃度條件下,沉積物新鮮樣和風干樣品的等溫吸附都可由線性方程 NAPQ=mC0-解釋,而前者的磷吸附解吸平衡濃度(E

9、PC0)均低于后者,分別在0.07～0.27 mg·L-1和0.18～0.42 mg·L-1的范圍內(nèi)。高磷濃度條件下,滴水湖及其引水河道沉積物風干樣磷的等溫吸附過程可由Langmuir等溫吸附模型模擬,而其新鮮樣品中磷的等溫吸附過程仍呈線性規(guī)律發(fā)展。吸附飽和的沉積物新鮮樣品在低磷濃度上覆水中發(fā)生磷的解吸附、磷釋放現(xiàn)象。磷的解吸附主要過程發(fā)生在初始的2～4h內(nèi),釋放速率為0.009～0.014mg/h,之后的10～20h內(nèi)磷的釋放不明顯,

10、沉積物吸附釋放達到基本平衡;當加大振蕩程度時,沉積物再次向上覆水釋放磷,4h后沉積物磷的吸附釋放達平衡,上覆水中的磷濃度再次達到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　(4)環(huán)境因子對滴水湖沉積物-水界面間磷的遷移轉化的實驗結果表明:厭氧條件會促進滴水湖沉積物中磷的釋放,而在隨塘河河道其沉積物在氧化狀態(tài)下更有利于吸附上覆水中的磷;弱酸或弱堿條件的水體對沉積物吸附和釋放的磷的過程影響不大,而堿性條件會促進沉積物中磷的釋放過程,特別是閉蓄態(tài)磷和鐵結合態(tài)磷含量