(運(yùn)城市水務(wù)局汾河站，山西 運(yùn)城 044000)

汾河夏季底泥耗氧速率試驗研究

武新朝

(運(yùn)城市水務(wù)局汾河站，山西 運(yùn)城 044000)

本文以汾河運(yùn)城段為對象，利用微循環(huán)裝置得到夏季底泥耗氧速率，對比分析影響SOD環(huán)境條件，分析SOD與河流中COD、NH3-N的關(guān)系，結(jié)果表明：夏季平水期流量下(7.25～14.7m3/s)SOD與HN3-N、COD相關(guān)性較差。通過冬夏季試驗綜合分析，SOD變化的本質(zhì)是水質(zhì)污染造成的；流量變化只影響污染物濃度，并沒有影響污染物總量；微生物也是水質(zhì)富養(yǎng)物質(zhì)交換到底泥中的反映，反過來通過大量耗氧來降低水中溶解氧，客觀上抑制了污染物的降解。底泥污染實質(zhì)是上覆水污染物在空間和時間上的轉(zhuǎn)移，底泥耗氧也同樣是上覆水耗氧在空間和時間上的轉(zhuǎn)移。

底泥耗氧速率；汾河運(yùn)城段；SOD；COD；NH3-N；相關(guān)性

之前，研究小組利用人工脈動循環(huán)裝置對冬季汾河底泥耗氧速率進(jìn)行了試驗研究[1-14]，研究結(jié)果顯示：汾河運(yùn)城段在冬季底泥耗氧量(SOD)與化學(xué)需氧量(COD)有較好的相關(guān)性，說明底泥與河流水存在還原性物質(zhì)交換。汾河屬北方季節(jié)性河流，研究不同季節(jié)耗氧速率對汾河水生生態(tài)具有重要意義。本試驗以汾河運(yùn)城段為研究對象，對比分析影響SOD的環(huán)境條件，研究汾河運(yùn)城段夏季SOD的分布及變化特點，揭示SOD與化學(xué)需氧量(COD)及氨氮(NH3-N)的相關(guān)性規(guī)律，并與之前冬季試驗結(jié)果比較，為汾河的綜合治理、水生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)。

1 方案

1.1 取樣點布置

為了與冬季試驗形成對比，同樣選取冬季試驗7個位置取樣，其采樣點位置1號為南梁、2號為新絳東環(huán)路橋、3號為新稷交界處、4號為稷山老汾河橋、5號為河津老汾河橋、6號萬榮西范橋、7號汾河入黃口，如圖1所示。

圖1 汾河運(yùn)城段底泥采樣點位置分布示意

1.2 微循環(huán)裝置

為了水體微循環(huán)更趨于平穩(wěn)，更接近實際水流狀況，采用盆景噴泉用的微循環(huán)泵, 泵體進(jìn)水口在下，出水口在上，泵體和出水管總長27cm(進(jìn)、出水口距離)，泵體進(jìn)水口離底泥表面1.5cm左右，出水口離水面2.5cm左右，微循環(huán)泵最大揚(yáng)程40cm，最大流量50mL/s。整個裝置處于密封玻璃量杯內(nèi)。

采用HANNA HI2400溶解氧儀測定溶解氧(DO)，5min一次讀數(shù)，續(xù)批式測定。具體的試驗裝置如圖2所示。

1.3 不同循環(huán)速度的SOD測定

微循環(huán)泵的額定流量為50mL/s，試驗前，避免流量過大會對底泥有沖刷作用，故用管卡將流量調(diào)低至10mL/s。試驗過程中發(fā)現(xiàn)測定值波動較大，穩(wěn)定性較差，上履水循環(huán)不明顯, 點據(jù)散亂，相關(guān)性差，相關(guān)系數(shù)僅0.43。第二次試驗將管卡去掉，所得測定值穩(wěn)定性較好，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.98，故微循環(huán)泵的流量取50mL/s。此次試驗與冬季相比，由于采用微循環(huán)泵代替自制循環(huán)泵來進(jìn)行循環(huán)試驗，循環(huán)的速度更均勻，相關(guān)系數(shù)0.98。圖3為不同循環(huán)速度的SOD測定結(jié)果，表1為不同循環(huán)速度的SOD測量值。

圖2 汾河運(yùn)城段底泥耗氧試驗裝置

圖3 不同循環(huán)速度對比

表1 不同循環(huán)速度的SOD測量值

2 影響SOD環(huán)境條件對比分析

2.1 原樣水與蒸餾水對比

試驗時，在同一采樣點選取兩組泥樣分別做原樣水與蒸餾水對比試驗，選1號做原樣水試驗，原樣水減去空白試驗值得出SOD為1.6344(原樣水為2.7208，空白試驗為1.0864)，而上履水采用蒸餾水(7號)得出試驗值為5.2385，比原樣水得到的高出2.2倍。通過查找相關(guān)資料，了解到由于溶解性物質(zhì)在底泥界面和孔隙水之間分子擴(kuò)散過程的主要動力為該物質(zhì)在上履水體中與底泥孔隙水中的濃度差，而蒸餾水的水質(zhì)比原樣水潔凈，所以濃度差增大，導(dǎo)致SOD和還原性物質(zhì)擴(kuò)散通量的增加，因此蒸餾水比原樣水做出的結(jié)果要高。但是根據(jù)蘇州河對比試驗，高出幅度為23%～180%，平均高出103%,本試驗采樣為平水期，高出2.2倍有點離奇。經(jīng)進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)同一時間同一地點兩個樣品都含有微生物顫蚯蚓，而且7號樣密度遠(yuǎn)大于1號，為此又取3號作對比試驗。從外觀看1號和3號顫蚯蚓數(shù)量和大小比較接近，得出蒸餾水比原樣水高出42.9%。表2可以比較客觀反映原樣水比蒸餾水試驗差度，為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),便于和以前的試驗對比，采樣點的數(shù)據(jù)都采用蒸餾水試驗結(jié)果。

表2 不同上履水試驗對比

2.2 有無微生物(顫蚯蚓)比較

圖4 底泥微生物

在做7號試驗半小時后，發(fā)現(xiàn)底泥層表面1cm有大量紅色顫蚯蚓在蠕動，仔細(xì)觀察，顫蚯蚓都是從泥層豎直向鉆出來，最大的有3～4cm，如果玻璃量筒受到震動，顫蚯蚓會停止蠕動鉆入泥中。為了弄清顫蚯蚓對SOD的影響，5月31日又在發(fā)現(xiàn)顫蚯蚓的汾河入黃口(7號位置)再次采泥樣兩組，分別用蒸餾水和4%的甲醛水來做對比試驗，這次兩組底泥中微生物的密集程度比7號樣明顯偏小。4號用4%的甲醛水殺滅底泥中微生物，測定裝置試驗步驟與其他操作條件相同。試驗得到的結(jié)果見表3。4號與3號對比，微生物耗氧是底泥耗氧的1.1倍，與7號對比可達(dá)3.7倍。可見夏季微生物在底泥總耗氧所占比重之大，但是底泥微生物在時間和平面分布上變化很大，6號樣未發(fā)現(xiàn)顫蚯蚓，而7號點同一位置幾次采樣顫蚯蚓含量差別很大，說明這種微生物在適宜的環(huán)境可以快速繁殖，環(huán)境短時間的改變會導(dǎo)致該類微生物的大量消亡。

表3 有無微生物的SOD測量值

3 試驗結(jié)果分析

3.1 SOD及其變化情況

7個監(jiān)測點測定的SOD及其變化情況見圖3和表1。沿程底泥耗氧速率試驗結(jié)果見表4和圖5。

由表4可知夏季平水期SOD波動比較小，最大值為2.5986，最小值為1.0086。

3.2 SOD與河流中COD、NH3-N的關(guān)系分析

雖然SOD沿河變化較大，但是現(xiàn)場采樣發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，凡是河水污染較小的采點，SOD試驗結(jié)果就小，說明底泥耗氧速率是不穩(wěn)定的。為此，SOD試驗的同時，將同采樣點的河流水質(zhì)進(jìn)行化驗，得出主要污染物指標(biāo)COD與NH3-N值(見表5)，并與SOD對比進(jìn)行相關(guān)分析(見表6)，對比時發(fā)現(xiàn)在西范橋處COD為63.5，而測得SOD則是1.7965。從圖7沿程變化線也可以看出來西范橋點COD、SOD突然升高，說明在河津老橋和西范橋之間有較大的污染源，只是歷次排污口普查沒有發(fā)現(xiàn)而已。

表4 汾河夏季底泥耗氧速率(2011)

圖5 汾河運(yùn)城段夏季沿程各監(jiān)測點SOD試驗室測定值

表5 夏季SOD與COD、NH3-N的測定值(2011年)

表6 夏季SOD與COD、NH3-N相關(guān)性

圖6 夏季SOD與COD、NH3-N相關(guān)性

從表6、圖6可以看出， SOD與COD、NH3-N相關(guān)性較差。

圖7 夏季SOD與COD沿程濃度變化曲線

雖然夏季SOD與COD相關(guān)性差，但是從二者沿程變化曲線可以看出，SOD有一個隨COD增減變化的趨勢，河流經(jīng)過新絳、稷山兩縣城段COD直線上升，SOD值從新絳東環(huán)路橋到新絳稷山交界處有上升趨勢，從新絳稷山交界處到稷山是下降趨勢。河津縣城污染減輕，COD、SOD也相應(yīng)降下來，到西范二者都升上去，廟前都降下來。水質(zhì)污染嚴(yán)重的地方SOD也相應(yīng)地變高，說明SOD隨水質(zhì)變化波動很大。而且通過廟前采樣點5組樣品試驗結(jié)果對比分析，忽略試驗條件的影響，同一采樣點受上覆水水質(zhì)、流量、微生物等因素影響SOD值變化較大(1.1158～5.2385)，宏觀分析本次夏季試驗可以看出,汾河運(yùn)城段SOD既有沿程的變化，也有隨時間的變化。

4 結(jié) 論

a. 夏季平水期流量下(7.25～14.7m3/s)SOD與HN3-N、COD相關(guān)性較差。結(jié)合冬夏季試驗綜合分析，SOD變化的本質(zhì)是水質(zhì)污染造成的；流量變化只影響污染物濃度，并沒有影響污染物總量；微生物也是水質(zhì)富養(yǎng)物質(zhì)交換到底泥中的反映，反過來通過大量耗氧來降低水中溶解氧，客觀上抑制了污染物的降解。底泥污染實質(zhì)是上覆水污染物在空間和時間上的轉(zhuǎn)移，底泥耗氧也同樣是上覆水耗氧在空間和時間上的轉(zhuǎn)移。

b. 夏季SOD值變化在1.0～2.6之間，冬季值變化在1.6～10.9之間；從沿程濃度變化對比線看，SOD值是隨著COD濃度增減而增減，污染嚴(yán)重的河段SOD值也相應(yīng)增高。

c. 原樣水比蒸餾水值偏高(50%左右)，原因是蒸餾水的水質(zhì)比原樣水潔凈，濃度差增大，導(dǎo)致SOD和還原性物質(zhì)擴(kuò)散通量的增加，所以蒸餾水比原樣水檢測出的結(jié)果要高。

d. 夏季底泥中微生物對SOD值影響很大，同一位置因顫蚯蚓影響SOD差別可達(dá)3.7倍，說明在適宜微生物生存的環(huán)境下測得的SOD值遠(yuǎn)高于別處。

e. 試驗裝置水流循環(huán)對測試結(jié)果的影響很大，DO儀探頭對流速敏感，循環(huán)速度直接影響測試結(jié)果的可靠性，循環(huán)速度宜采用不掀起底泥的最大流速。

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StudyonsummerbottomsedimentoxygendemandrateinFenheRiver

WU Xinchao

(YunchengWaterBureauFenheStation,Yuncheng044000,China)

In the paper, fenhe River Yuncheng segment is adopted as an object. Microcirculation device is utilized for obtaining summer bottom sediment oxygen demand rate. Environmental conditions affecting SOD are analyzed comparatively. The relationship among SOD, COD and NH3-N in river is analyzed. The results show that the correlation of SOD, HN3-N and COD is worse under summer normal season flow rate (7.25～14.7m3/s). SOD changes is caused by water pollution essentially. Flow rate change only affects pollutant concentration rather than total amount of pollutant. Microorganisms also reflect exchange of water-rich substances to the bottom sediment. Dissolved oxygen in water is reduced through large amount of oxygen consumption on the contrary. The degradation of pollutants is inhibited objectively. Sediment pollution actually belongs to transfer of water pollutants in space and time. Sediment oxygen demand also belongs to transfer of water oxygen consumption in space and time.

bottom sediment oxygen demand rate; Fenhe River Yuncheng segment; SOD; COD; NH3-N; correlation

TV213.4

：A

：2096-0131(2017)09-0049-06

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.09.012