李志萍，劉攀峰，韓 亞，翟江偉

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州450045;2.河南省有色地礦局，河南 鄭州450016)

湯河水庫(kù)位于遼寧省遼陽(yáng)市的東南部，坐落于太子河支流湯河干流上.湯河水庫(kù)是一座以防洪、灌溉、旅游、養(yǎng)殖、城市生活供水和工業(yè)供水為主，兼有發(fā)電任務(wù)的大Ⅱ型水利樞紐工程［1］. 但湯河水庫(kù)近年來(lái)水體污染情況不斷加劇，筆者以湯河水庫(kù)水體和底泥為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)，研究底泥氨氮的釋放規(guī)律.

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土:湯河水庫(kù)的底泥，經(jīng)自然風(fēng)干、研磨，過(guò)20 目篩后的土樣.試驗(yàn)用水:湯河水庫(kù)原水.

1.2 試驗(yàn)方法

1)將30 g 試驗(yàn)用土加入到300 mL 錐形瓶中，同時(shí)加入300 mL 試驗(yàn)用水，確保試驗(yàn)水土比為10∶1.每天對(duì)上覆水進(jìn)行氨氮的測(cè)定直到試驗(yàn)達(dá)到吸附－解吸平衡.

2)污染物濃度. 配置3 種濃度的試驗(yàn)用水，低濃度:湯河水庫(kù)原水與蒸餾水按1∶1 配制;原濃度:湯河水庫(kù)原水;高濃度:在原水中加入濃度為3.648 mg/L的NH4Cl 溶液配制，其污染物濃度為原水濃度的150%，研究不同污染物濃度下，水庫(kù)底泥中氨氮的釋放規(guī)律.

3)溫度. 設(shè)置4，15，30 ℃3 種溫度，研究不同溫度下氨氮的釋放規(guī)律.

4)溶解氧. 一組正常條件下放置，另一組在不擾動(dòng)底泥的情況下沖入氮?dú)?，獲得貧氧水，研究不同溶解氧條件下氨氮的釋放規(guī)律.

5)pH 值.分別加入(1 +9)HCl 和20%的NaOH溶液調(diào)節(jié)試驗(yàn)用水pH 值為6 和10，研究不同pH 值下氨氮的釋放規(guī)律.

6)擾動(dòng).一組靜置，另一組每隔3 h 模擬人工擾動(dòng)，研究擾動(dòng)對(duì)氨氮釋放規(guī)律的影響.

1.3 測(cè)定方法

每天同一時(shí)間用納氏試劑分光光度法測(cè)定上覆水中氨氮的含量，測(cè)定方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》［2］.

1.4 釋放量計(jì)算

釋放量計(jì)算公式為

式中:Rn為第n 天時(shí)氨氮總的釋放量，mg/kg;V 為錐形瓶中上覆水的體積，mL;Cn為第n 天檢測(cè)到的上覆水中氨氮濃度，mg/L;C 為湯河水庫(kù)原水中氨氮的濃度，mg/L;M 為錐形瓶中底泥的質(zhì)量，g.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度下氨氮的釋放規(guī)律

圖1表示不同濃度條件下湯河水庫(kù)底泥氨氮的釋放規(guī)律.

圖1 不同濃度下底泥氨氮釋放量變化

由圖1可知:在原濃度條件下，試驗(yàn)開(kāi)始的1 ～6 d 底泥氨氮釋放量整體呈上升趨勢(shì)，在第6 天達(dá)到最大值8.553 mg/kg，在試驗(yàn)進(jìn)行到7 ～8 d 時(shí)，氨氮的釋放量突然下降，第8 天時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)吸附，之后逐漸趨于平衡.在低濃度和高濃度條件下，試驗(yàn)開(kāi)始的1 ～5 d氨氮的釋放量略高于原濃度條件下底泥氨氮的釋放量，試驗(yàn)后期這兩種條件下的底泥氨氮的釋放量相差不大.3 種濃度條件下湯河水庫(kù)底泥的氨氮釋放量相差不大，經(jīng)測(cè)定底泥中氨氮含量為80.368 mg/kg遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)上覆水中氨氮的含量，從而使得濃度對(duì)于底泥氨氮的吸附－ 解吸試驗(yàn)影響較小.

2.2 不同溫度下氨氮的釋放規(guī)律

圖2表示了在不同溫度條件下湯河水庫(kù)底泥氨氮的釋放規(guī)律.由圖2可以看出:在4 ℃和15 ℃條件下底泥氨氮的釋放量變化幅度不大;在30 ℃條件下，試驗(yàn)開(kāi)始的1 ～6 d，底泥氨氮的釋放量整體呈上升趨勢(shì)，在第6 天達(dá)到最大值，6 ～8 d 底泥氨氮釋放量有所下降，出現(xiàn)了吸附，之后釋放量又迅速升高.30 ℃條件下水庫(kù)底泥氨氮的釋放量明顯要大于4 ℃和15 ℃條件下氨氮的釋放量.說(shuō)明溫度越高越有利于水庫(kù)底泥中氨氮的釋放.

圖2 不同溫度下底泥氨氮釋放量變化

2.3 不同pH 值條件下氨氮的釋放規(guī)律

圖3表示不同pH 值條件下湯河水庫(kù)底泥氨氮釋放量變化.

圖3 不同pH 值下底泥氨氮釋放量變化

從圖3可以看出:在pH =8 條件下，試驗(yàn)開(kāi)始的1 ～6 d 底泥氨氮的釋放量整體呈上升趨勢(shì)，變化量明顯;7 ～8 d，由于出現(xiàn)了一定程度的吸附導(dǎo)致釋放量有所下降，之后又有所上升;在第10 天氨氮的釋放量達(dá)到峰值，10 d 之后氨氮的釋放慢慢趨于平衡.在pH=6 條件下，水庫(kù)底泥氨氮的釋放量整體呈上升趨勢(shì)，在第11 天達(dá)到了峰值. 在pH =10 條件下，氨氮的釋放整體呈上升趨勢(shì)，在第12 天達(dá)到峰值.在試驗(yàn)開(kāi)始的1 ～6 d，pH=8 條件下氨氮的釋放量明顯高于其他的兩種情況.

在試驗(yàn)后期，不同pH 值下水庫(kù)底泥的氨氮釋放量相差不大.

2.4 擾動(dòng)條件下氨氮的釋放規(guī)律

圖4顯示了正常和擾動(dòng)條件下底泥氨氮的釋放量變化.

圖4 正常和擾動(dòng)下底泥氨氮釋放量變化

由圖4可知:在正常條件下，試驗(yàn)開(kāi)始的1 ～6 d，氨氮的釋放量變化明顯，整體呈上升趨勢(shì)，7 ～8 d氨氮釋放量降低，出現(xiàn)了吸附，第10 天的時(shí)候釋放量達(dá)到最大值，從第12 天開(kāi)始，氨氮釋放量基本達(dá)到平衡狀態(tài).在擾動(dòng)條件下，底泥氨氮的釋放量整體呈上升趨勢(shì)，在第12 天的時(shí)候達(dá)到最大值98.449 mg/kg.

試驗(yàn)初期，擾動(dòng)和正常條件下氨氮的釋放量差別不大，甚至在擾動(dòng)條件下氨氮的釋放量低于正常條件，這是因?yàn)樵跀_動(dòng)時(shí)帶入大量空氣，使上覆水溶解氧高于正常條件，硝化細(xì)菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，發(fā)生了硝化反應(yīng)，使上覆水中氨氮濃度減小，從而使氨氮的釋放量也減?。?］. 試驗(yàn)后期，擾動(dòng)條件下氨氮的釋放量和正常條件下氨氮的釋放量相差不大，這是因?yàn)樵囼?yàn)結(jié)束時(shí)水庫(kù)底泥氨氮的釋放量還處于上升狀態(tài)，沒(méi)有達(dá)到吸附－解吸平衡，隨著時(shí)間的推移，擾動(dòng)條件下氨氮的釋放量也可能高于正常條件下的釋放量.

2.5 不同溶解氧下氨氮的釋放規(guī)律

圖5表示了不同溶解氧條件下氨氮的釋放規(guī)律.

圖5 不同溶解氧下底泥氨氮釋放量變化

由圖5可知:在正常條件下，試驗(yàn)開(kāi)始的1 ～6 d底泥氨氮釋放量整體呈上升趨勢(shì)，第6 天出現(xiàn)峰值81.901 mg/kg，7 ～8 d 時(shí)氨氮釋放量出現(xiàn)大幅度下降，說(shuō)明氨氮發(fā)生了一定程度的吸附.這是因?yàn)樵谡l件下，上覆水與空氣充分接觸，溶解氧充足，硝化反應(yīng)使上覆水中氨氮濃度減小，從而導(dǎo)致氨氮的釋放量減少，甚至有吸附現(xiàn)象，隨后有一定的波動(dòng)，在第12 天的時(shí)候，氨氮釋放量基本趨于穩(wěn)定狀態(tài).在貧氧條件下，底泥氨氮釋放量一直處于上升狀態(tài)，在第11 天達(dá)到最大值115.276 mg/kg，之后趨于穩(wěn)定.試驗(yàn)開(kāi)始的1 ～6 d 正常和貧氧條件下氨氮的釋放量差別不大，是因?yàn)樵囼?yàn)初期，錐形瓶中存在的溶解氧并沒(méi)有消耗完.而在試驗(yàn)后期，貧氧條件下氨氮釋放量明顯高于正常條件下，這是因?yàn)樵囼?yàn)后期隨著溶解氧的消耗，真正達(dá)到了貧氧狀態(tài)，反硝化細(xì)菌將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，反硝化反應(yīng)使上覆水中氨氮濃度升高，氨氮釋放量也隨之升高［3］.說(shuō)明貧氧條件有利于底泥中氨氮的釋放.

3 結(jié) 語(yǔ)

1)3 種濃度條件下，試驗(yàn)過(guò)程中氨氮釋放量相差不大，是因?yàn)槌练e物中氨氮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)上覆水中氨氮含量，從而使?jié)舛葘?duì)氨氮吸附－解吸試驗(yàn)影響較小.

2)溫度對(duì)底泥吸附－解吸試驗(yàn)影響較大，溫度越高，越有利于底泥中氨氮的釋放;30 ℃條件下，水庫(kù)底泥氨氮的釋放量均明顯高于4 ℃和15 ℃條件下的釋放量.

3)在試驗(yàn)開(kāi)始的1 ～6 d，pH =8 條件下有利于水庫(kù)底泥氨氮的釋放，在試驗(yàn)后期，不同pH 值條件下水庫(kù)底泥氨氮的釋放量相差不大.

4)擾動(dòng)條件下水庫(kù)底泥氨氮的釋放量基本上都高于正常條件下氨氮的釋放量，即擾動(dòng)有利于沉積物中氨氮的釋放.所以，避免湯河水庫(kù)底泥大幅度擾動(dòng)可有效改善水庫(kù)水體水質(zhì).

5)貧氧條件有利于沉積物中氨氮的釋放. 增加水庫(kù)水體中溶解氧的含量對(duì)于改善水庫(kù)水體水質(zhì)具有重要作用.

［1］李廣波.湯河水庫(kù)水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及水質(zhì)保護(hù)對(duì)策［J］.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，34(2):135－137.

［2］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法［M］.4 版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［3］鐘秋娟.湯河水庫(kù)水源保護(hù)對(duì)策探討［J］.科學(xué)與財(cái)富，2011(4):87.