巢湖“黑水团”易发区水环境特征研究

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“黑水团”是一种局部区域水体突发性发黑发臭的现象,近年来在富营养化浅水湖泊中频繁出现。“黑水团”的发生破坏了水体生态结构,恶化水质,对湖泊生态和饮用水安全构成较大的威胁。本论文以巢湖“黑水团”易发区南淝河入湖口为研究对象,基于薄膜扩散梯度技术(DGT)和微电极技术,通过野外现场调查和室内模拟相结合,考察“黑水团”易发区的水质状况,模拟研究“黑水团”发生过程中沉积物环境敏感元素(Fe、S、P)的垂向分布变化,并对“黑水团”现象进一步分析,主要研究结果如下:  1.南淝河入湖口是“黑水团”易发区,该区域水质指标的空间变化显著,总体而言,氮、磷等污染物严重超标(TP,2.38mg/L; TN,12.4mg/L),且河道中浓度明显高于湖区。主成份分析表明,南淝河输入对湖区水质的影响以氮磷污染为主,使得藻类等浮游植物大量繁殖,引起湖泊富营养化。其次是有机污染,生活和工业污染废水的大量排入,致使水体有机污染物含量极高,高度的有机污染造成水体氧化还原电位长时间处于较低水平,河床底部处于深度厌氧状态,使得水体Fe2+、S2-含量上升,为“黑水团”的爆发提供重要条件。  2.利用DGT技术获取“黑水团”易发区沉积物中Fe2+、S2-、溶解态反应性磷(DRP)的垂向分布信息,结果表明:Fe2+、S2-、DRP浓度很高且由南淝河向巢湖呈现递减趋势;Fe-S-P在沉积物中的垂向分布具有同步性,表明三者具有很强的耦合关系。同时各元素剖面分布具有较大的空间异质性,峰值较正常水体上移,沉积物释放风险很大。外源物质输入和内源释放使该区域上覆水中Fe2+、S2-、DRP含量很高,导致藻类爆发,有机质和藻类腐烂分解造成低溶解氧(DO)、低氧化还原电位(ORP)环境, Fe2+、S2-在还原条件下生成FeS,并长期存在,是“黑水团”发生的主导因素。  3.室内模拟“黑水团”发生、发展、衰减的全过程,即DO水平分别处于好氧-缺氧-厌氧三个阶段,结果表明,实验组上覆水中Fe2+、S2-、DRP浓度明显高于对照组,并且随时间呈现先增加后减小的变化过程。利用微电极技术研究其整个生命周期中pH和ORP的变化特征,发现实验组pH和ORP明显低于对照组,变化过程也是先增大后减小,藻类的加入、腐烂、分解,形成低DO、低ORP环境,促进环境敏感元素(Fe、S、P)的形态转化和厌氧微生物的代谢分解。沉积物间隙水中的Fe2+、S2-、DRP向上覆水释放的潜力很大,上覆水中FeS颗粒大量形成,造成水体变黑,在适宜条件下,“黑水团”的爆发在7-10d左右。
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