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        谷河底泥磷釋放的影響因素研究

        2021-07-15 23:26:38溫亞軍胡志逵
        安徽農(nóng)學(xué)通報(bào) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:正交實(shí)驗(yàn)底泥

        溫亞軍 胡志逵

        摘 要:在一定的環(huán)境條件下,底泥能夠釋放磷,引起水體富營(yíng)養(yǎng)化。通過(guò)研究不同pH、溫度和溶解氧(DO)對(duì)谷河底泥磷釋放的影響,結(jié)果表明,pH顯著影響底泥磷的釋放,堿性環(huán)境比酸性環(huán)境磷釋放強(qiáng)度大,中性環(huán)境不利于底泥磷的釋放;溫度升高,磷釋放強(qiáng)度增加;厭氧環(huán)境比好氧環(huán)境更能促使底泥磷的釋放。正交模擬試驗(yàn)結(jié)果顯示,3個(gè)因素均是影響谷河底泥磷釋放的顯著因素,影響因素顯著性從大到小依次為DO>溫度>pH。

        關(guān)鍵詞:底泥;磷釋放;正交實(shí)驗(yàn)

        中圖分類號(hào) X522文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731(2021)11-0143-03

        Research on Remarkable Affecting Factors of Phosphorus Release from Gu River Sediments

        WEN Yajun et al.

        (Fuyang Institute of Environmental Protection Science and Technology, Fuyang 236000, China)

        Abstract: Sediments can release Phosphorus into overlying water under certain conditions, which may have a significant impact on water quality and result in continuous eutrophication. We used laboratory experiments to evaluate effects of pH, temperature and Dissolved Oxygen on P release from River GU. The results demonstrate that effects of pH on P release from sediments were distinct; more P was released under alkaline conditions than acidic conditions, but the least amount of P was released under neutral pH. Increasing temperature resulted in more release of P between sediment P release and P in overlying water. Anaerobic conditions were more conducive to the release of P than aerobic conditions. Orthogonal experiments show that the 3 significant factors on P release from sediments were, in descending order, DO, temperature, and pH.

        Key words: Sediments; Phosphorus release; Orthogonal experiments

        底泥作為自然水域的重要組成部分,主要通過(guò)自然的過(guò)程及人類的行為,在水體底部逐漸形成的沉積物。受上覆水的影響,底泥在水體的營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)中既可扮演“匯”的角色,也可扮演“源”的角色。水體污染嚴(yán)重時(shí),氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽可通過(guò)沉降或者顆粒吸附作用而聚集于底泥中,再懸浮作用又會(huì)向上覆水釋放氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽[1]。經(jīng)研究表明,底泥中氮磷營(yíng)養(yǎng)物的釋放是影響水體中浮游生物生長(zhǎng)和水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵過(guò)程之一,往往底泥中氮磷的加速或過(guò)度釋放會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的加劇,造成水體的二次污染[2]。磷釋放受各種環(huán)境因子的影響,底泥中釋放的磷首先進(jìn)入底泥間隙水,這是釋磷速率的決定步驟。釋磷與化學(xué)沉淀形態(tài)有關(guān),一旦出現(xiàn)利于鈣、鐵、鋁等不溶性磷酸鹽沉淀物溶解的條件,磷就釋放,釋放物質(zhì)逐步擴(kuò)散到沉積物表面,進(jìn)而向上覆水混合擴(kuò)散,成為水體總磷的一部分[3]。

        谷河阜南列入國(guó)家和安徽省地表水考核斷面,對(duì)其水體監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo),主要污染因子有COD、氨氮和總磷,其中總磷超標(biāo)較為嚴(yán)重。本研究探索了pH、溫度和DO對(duì)谷河底泥向上覆水釋放總磷影響的規(guī)律,為底泥污染的防治提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 樣品采集 采用柱狀采樣器在內(nèi)源污染為主的監(jiān)測(cè)斷面采集0~5cm的表面底泥樣品,裝進(jìn)聚乙烯一次性袋子,剔除雜質(zhì)后烘干冷藏,同一地點(diǎn)采集底泥以上0.5m處的上覆水,4℃冷藏保存。

        1.2 底泥磷釋放的研究試驗(yàn)

        1.2.1 pH的影響 控制溫度為20℃,上覆水DO溶度為7mg/L,調(diào)節(jié)起始pH值為5~10。

        1.2.2 溫度的影響 控制上覆水pH為7,DO為7mg/L,溫度分別設(shè)置為10、20和30℃。

        1.2.3 DO的影響 控制溫度為20℃,上覆水pH為7,調(diào)節(jié)DO濃度為1~12mg/L。

        1.3 正交試驗(yàn) 模擬試驗(yàn)考慮影響底泥磷釋放的主要因素:溫度、DO和pH。溫度根據(jù)4、5和6月的水體溫度,設(shè)置為10、20和30℃。DO主要根據(jù)地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),設(shè)置為1,4和7mg/L。pH主要根據(jù)谷河底泥的pH設(shè)置為6,7和8。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法,選擇L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表,共9種試驗(yàn)方案(表1),每組試驗(yàn)時(shí)間為11d,為保證試驗(yàn)的合理性和數(shù)據(jù)的可靠性,每種試驗(yàn)方案作2次平行試驗(yàn),測(cè)定結(jié)果取其平均值。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 pH對(duì)底泥總磷釋放的影響 由圖1可知,在pH=7時(shí),磷釋放最少為0.024mg/L,pH=10時(shí),磷釋放最多為0.083mg/L。不同酸堿度條件下,上覆水中總磷濃度呈現(xiàn)的特征為堿性>酸性>中性。pH值主要通過(guò)影響沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附和離子交換過(guò)程而對(duì)沉積物中磷的釋放產(chǎn)生影響。在酸性條件下上覆水中總磷濃度較高,可能是因?yàn)镠+對(duì)部分結(jié)合態(tài)磷具有溶出作用,另一方面微生物對(duì)有機(jī)磷進(jìn)行降解,釋放CO2和溶解態(tài)磷也會(huì)促使pH降低磷的釋放。在堿性條件下,水體中OH-能與結(jié)合態(tài)磷(如鐵結(jié)合態(tài)磷、鋁結(jié)合態(tài)磷和鈣結(jié)合態(tài)磷)發(fā)生交換,從而使得磷向上覆水釋放導(dǎo)致上覆水中總磷的濃度升高。

        2.2 溫度對(duì)底泥磷釋放的影響 由圖2可知,底泥磷釋放的濃度隨溫度升高而升高,30℃條件下,上覆水中總磷濃度是20℃條件下的3.3倍,是10℃條件下的6.2倍。主要原因可能是因?yàn)闇囟壬叽龠M(jìn)底泥中微生物及底棲動(dòng)物的活動(dòng),加快氧化分解作用。同時(shí)溫度升高對(duì)底泥中有機(jī)物的礦化也有較大的影響,從而使底泥中的有機(jī)磷和顆粒態(tài)磷釋放加速。

        2.3 DO對(duì)底泥磷釋放的影響 從圖3可以看出,在前4d時(shí),不同DO條件下,上覆水中總磷濃度類似,都處于低濃度。厭氧條件下,總磷釋放量從2.15mg/kg逐漸增加到7.42mg/kg,然后逐漸降低,10d后達(dá)到平衡。好氧條件下,上覆水中總磷濃度在前4d時(shí)有所變化,隨后達(dá)到平衡。在好氧條件下,由于沉積物的礦化以及有機(jī)物質(zhì)的好氧分解,部分有機(jī)磷可轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷釋放進(jìn)入上覆水中,沉積物也會(huì)發(fā)生磷的釋放,但氧化環(huán)境有利于沉積物表層中的Fe和Al以三價(jià)態(tài)形式存在,降低Fe-P、Al-P從沉積物釋放進(jìn)入上覆水,并一定程度上促進(jìn)磷的沉積。

        2.4 正交試驗(yàn) 表2為谷河底泥磷釋放的極差分析表,其中K1,K2和K3是每組正交試驗(yàn)的平均值。比較K1、K2和K3值可以得出:(1)隨著pH值的增加,磷釋放先減少再增加;(2)谷河底泥磷釋放隨溫度升高而增加,溫度越高,磷釋放增幅加快;(3)隨DO濃度增加,底泥磷釋放降低,增長(zhǎng)速率逐漸減慢。

        采用方差分析試驗(yàn)數(shù)據(jù),各因素方差表示其對(duì)谷河底泥磷釋放影響主次順序。底泥磷釋放正交試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方差分析如表3所示。溫度SSQA=7.11,DO SSQB=56.79,pH SSQC=0.31,因此3個(gè)因素對(duì)谷河底泥磷釋放的影響顯著性從大到小依次為:DO>溫度>pH。

        3 結(jié)論

        (1)底泥磷在堿性條件下比在酸性條件釋放的多,中性條件不利于底泥磷的釋放。

        (2)溫度越高,底泥磷釋放越多。

        (3)DO對(duì)底泥磷釋放的影響顯著,在厭氧條件下比在好氧條件下,磷釋放的多。

        (4)正交試驗(yàn)表明,谷河底泥磷釋放的3個(gè)主要影響因素的顯著性順序?yàn)椋篋O>溫度>pH。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張茜,馮民權(quán),郝曉燕.上覆水環(huán)境條件對(duì)底泥氮磷釋放的影響研究[J].環(huán)境污染與防治,2020,42(1):7-11.

        [2]黃勇,嚴(yán)過(guò)房,董運(yùn)常,等.底泥氮磷釋放的影響因素及控制策略[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2020,32(10):116-120.

        [3]張智,劉亞麗,段秀舉.湖泊底泥磷釋放影響因素顯著性實(shí)驗(yàn)分析[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2006,15(2):16-19.

        (責(zé)編:張宏民)

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