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(dá)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(gòu)成臨港新城區(qū)水系統(tǒng)的主要部分,承擔(dān)著塑造城市景觀生態(tài)、優(yōu)化地區(qū)氣候的重要任務(wù)。本課題對(duì)滴水湖及其引水河道內(nèi)水體質(zhì)量進(jìn)行周年水質(zhì)監(jiān)測(cè),對(duì)其水環(huán)境質(zhì)量和營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià);針對(duì)滴水湖富營養(yǎng)化因子為磷的初步結(jié)論,進(jìn)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(shí)空分布、磷的吸附解吸

2、特性以及環(huán)境因子對(duì)沉積物吸附解吸磷的影響等。本研究可為科學(xué)評(píng)價(jià)滴水湖的水體質(zhì)量、預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì),為國內(nèi)人工湖泊生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化研究等提供數(shù)據(jù)資料,為預(yù)防和治理湖區(qū)綜合污染提供科學(xué)依據(jù)。
　　2011年,對(duì)滴水湖及其入湖河道水體進(jìn)行周年水質(zhì)監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)指標(biāo)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(cè)結(jié)果利用灰色聚類分析法對(duì)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(jìn)行評(píng)價(jià)。期間對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處

3、沉積物中總磷以及各形態(tài)磷進(jìn)行分析研究,探究其時(shí)空分布規(guī)律;2012年,結(jié)合前期對(duì)風(fēng)干沉積物中磷吸附特性的研究進(jìn)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(duì)磷的遷移轉(zhuǎn)化的影響。研究結(jié)果如下:
　　(1)滴水湖及其河道各監(jiān)測(cè)點(diǎn)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?？拷笾魏拥囊拥浪w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(dá)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(cè)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(dá)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(dá)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(dá)TP含量的90％以上。湖區(qū)IP中又以Ca-P含量最高,達(dá)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(cè)點(diǎn)因一月份采樣位點(diǎn)過于靠近水閘口導(dǎo)致出現(xiàn)該點(diǎn)所測(cè)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(cè)點(diǎn)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(guān),與Ca-P不相關(guān)。Fe-P與Oc-P顯著相關(guān),Ca-P與其它形態(tài)磷均無明顯相關(guān)性。
　　(3)滴水湖湖區(qū)內(nèi)五個(gè)采樣點(diǎn)風(fēng)干沉積物對(duì)上覆水中磷的“快吸附”過程發(fā)生在0～4h內(nèi),吸附速率達(dá)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(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。拋物線擴(kuò)散方程21Ct=C0-kt可很好地?cái)M合沉積物對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)過程。區(qū)別于風(fēng)干樣的新鮮沉積物樣品快吸附發(fā)生在反應(yīng)初始的1h內(nèi),且吸附容量較大,達(dá)2200～4000mg·kg-1。其吸附動(dòng)力學(xué)過程較為復(fù)雜,拋物線方程不能很好地描述該過程。關(guān)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(fēng)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(fēng)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(dá)到基本平衡;當(dāng)加大振蕩程度時(shí),沉積物再次向上覆水釋放磷,4h后沉積物磷的吸附釋放達(dá)平衡,上覆水中的磷濃度再次達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　(4)環(huán)境因子對(duì)滴水湖沉積物-水界面間磷的遷移轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:厭氧條件會(huì)促進(jìn)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(duì)沉積物吸附和釋放的磷的過程影響不大,而堿性條件會(huì)促進(jìn)沉積物中磷的釋放過程,特別是閉蓄態(tài)磷和鐵結(jié)合態(tài)磷含量