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目前富营养化问题是人们面临的环境问题之一,在外源污染得到有效的控制以后,作为内污染源的底泥沉积物的营养物释放引起了越来越多的关注。但目前国内外大部分研究都是针对湖泊沉积物的,而对于河流尤其是城市河流的研究较少。本文研究各形态氮在底泥、间隙水和上覆水中的分布特征,并通过佛山水道底泥氮释放动静态模拟试验来研究底泥内源氮的释放规律,通过比较动静态模拟试验研究扰动对底泥内源氮释放的影响。
通过实验分析,取得以下结论:
(1) 佛山水道底泥中的氮以有机氮(ON)为主,ON平均占总氮(TN)含量的90﹪以上,且各采样点氮含量的高低分布规律基本与各采样点的受污染情况一致,受污染程度较重的采样点,底泥中的氮含量也较高。
(2) 底泥中的鲮态氮(NH<,4><+>-N)与有机质、含水率呈现较好的正相关关系,其原因是沉积物中NH<,4><+>-N主要来源于沉积物中ON的分解;硝态氮(NO<,3><->-N)与沉积物含水率呈较好的正相关关系且与NH<,4><+>-N也呈正相关性说明, NO<,3><->-N主要由NH<,4><+>-N来自上覆水体。
(3) 佛山水道各采样点间隙水和上覆水中的氮主要以氨态氮(NH<,4><+>-N)和ON形态存在,且间隙水中的总溶解态氮(TDN)、NH<,4><+>-N、ON的浓度均远远高于上覆水中浓度,可见底泥间隙水中的TDN、NH<,4><+>-N、ON有强烈的向上覆水体释放的趋势;而间隙水的NO<,3><->-N、亚硝态氮(NO<,2><->-N)浓度低于上覆水中浓度,NO<,3><->-N与NO<,2><->-N主要是由上层水向底泥扩散。
(4) 佛山水道间隙水中TDN与NH<,4><+>-N、ON呈正相关关系,且与NH<,4><+>-N呈显著正相关,而与NO<,3><->-N和NO<,2><->-N呈负相关,但相关性较弱,同时NH<,4><+>-N占TDN的16.16~69.75﹪,因此佛山水道间隙水中TDN主要受NH<,4><+>-N的控制,并以NH<,4><+>-N为主要形式向上覆水体释放;溶解有机氮(DON)也是间隙水中TDN的主要存在形态,其对水体的影响也不容忽视。
(5) 上覆水中TDN与NH<,4><+>-N、DON呈显著正相关,且上覆水体中NH<,4><+>-N与DON含量较高,由此可知,上覆水体中TDN的变化主要是由NH<,4><+>-N和DON决定。
(6) 各采样点动静态模拟试验上覆水体的TN平衡浓度均为劣Ⅴ类,而NH<,4><+>-N均为Ⅱ类,由此可知佛山水道底泥TN释放引起的水质污染严重,超过了水体的自净能力。扰动使得动态模拟试验的上覆水体的TN浓度远远高于静态模拟试验,且动态试验上覆水体各形态氮的浓度达到最高值和平衡浓度的时间都比静态试验要快,因此底泥扰动可以加快底泥氮的释放。
(7) 对于NH<,4><+>-N与DON,底泥是释放的;对于NO<,3><->-N与NO<,2><->-N,在模拟试验初期,底泥是处于吸收状态,而到了试验的中后期,NO<,3><->-N与NO<,2><->-N的释放量为正值,原因是上覆水体的硝化作用强烈,硝化速度大于NO<,3><->-N与NO<,2><->-N由上覆水体向底泥迁移的速度,使得其释放量为正值,而并非是底泥中的NO<,3><->-N与NO<,2><->-N向上覆水体释放。
(8) 动力扰动引起TN的大量释放,而不一定导致TDN的释放。因此,在动力条件下,氮释放受控于动力扰动强度,底泥可悬浮量及沉积物中的氮含量。