水体和表层沉积物不同形态磷分布及其迁移转化——以青草沙水库为例

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青草沙水库位于中国长江口,是上海市重要的饮用水源地之一。长江口悬浮颗粒物对污染物质有吸附和沉降作用,水量充沛,水质优良,自净能力强,但长江口受咸潮入侵的影响。长江水引入青草沙水库后,水流速度减缓,颗粒物在库区的停留时间长,污染物质附着于颗粒物,颗粒物沉降于沉积物,污染物被去除。水力停留时间不仅关系青草沙水库的自净作用,而且影响藻类的滋生,从而引起富营养化现象,富营养化限制性营养元素为磷。  作为饮用水水源地,为防止富营养化,青草沙水库由于沉积物释放磷而导致水体磷浓度升高不容忽视。因此,青草沙水库的磷迁移转化研究具有重要的意义。目前关于青草沙水库中磷形态分布的全面报道较少,而对库区沉积物中磷形态分布和释放性能的详细调查研究更少。本文选取青草沙水库作为研究对象,测定水库水体和沉积物的磷含量,分析水体和沉积物中各种磷形态分布特征,探讨沉积物磷吸附和释放对水体磷的影响,揭示青草沙水库沉积物磷迁移转化的途径和机理。得到主要的结论如下:  (1)青草沙水库对长江来水水质具有较强的水体自净功能。对青草沙水库水质监测可得,浊度、氮和磷营养盐、金属在青草沙水库进水口处含量高,在出水口处含量低。营养盐总磷、总反应磷、总非反应性磷的沉降率分别为69.28%、80.38%、41.24%;营养盐总氮、硝酸氮和氨氮的沉降率分别为43.44%、45.71%和40%;金属Ni沉降率为25%、As为41%、Mn为38%、Mo为13%、Fe为79%、Co为42%、Cr为47%、Pb为23%。  (2)对沉积物磷的含量及其形态进行了调查分析,根据 SMT(Standards Measurements and Testing)方法,青草沙水库沉积物磷分为总磷(TP)、无机磷(IP)、钙结合态磷(HCl-P)、铁结合态磷(NaOH-P)和有机磷(OP)。青草沙水库的颗粒态磷以HCl-P形式沉降于库区沉积物中。青草沙水库沉积物TP含量处于中等污染水平。NaOH-P和OP在TP中占的百分含量低,说明沉积物磷的人为污染水平低。HCl-P占TP的百分含量最高,说明HCl-P形态可能是青草沙水库磷的最终归宿。青草沙水库沉积物HCl-P含量与沉积物中活性钙含量有一定的相关性,说明水体磷通过沉积物的活性钙结合而降低磷含量,有利于降低富营养化的风险。  (3)青草沙水库沉积物磷吸附和释放作用通过修正 Langmiur方程拟合得到,青草沙水库沉积物对磷的吸附量最大值为39.84 mg/kg,沉积物的吸附-释放临界浓度(EPC0)范围为0.067~0.242 mg/L,沉积物上颗粒物原吸附的磷含量(NAP)范围为1.89~5.66 mg/kg。沉积物吸附水体磷的容量主要由沉积物的物理化学性质决定。青草沙水库水体磷含量低于沉积物的吸附-释放临界浓度EPC0,处于释放状态。沉积物 EPC0与沉积物无机磷 IP含量呈正相关,沉积物磷释放的主要来源是无机磷。NAP和钙结合态磷HCl-P存在一定的相关性,沉积物吸附磷的途径主要通过活性钙结合而形成钙结合态磷。  (4)通过对沉积物磷释放的影响因素研究得出,沉积物磷释放作用与温度、pH、水体中Ca2+、Cl-和SO42-浓度和水体磷浓度等因素相关。水体温度高有利于沉积物磷释放,而碱性条件下有利于沉积物钙结合态磷形成,咸潮入侵的Ca2+浓度促进沉积物吸附磷而抑制沉积物释放磷。Cl-和SO42-浓度对沉积物磷释放的影响结果表明,Cl-使沉积物颗粒物团聚,促进沉积物铁、铝、钙元素叠加,从而促进沉积物再释放磷;而 SO42-促进沉积物有机磷的矿化作用导致磷释放至水体。  青草沙水库是来水浊度较高的水库,水体中的磷颗粒物随着泥沙的沉降而沉降,有利于水库磷污染的净化作用。青草沙水库水体和沉积物之间发生磷吸附和释放作用,对水库磷含量升高有一定的风险。
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