李志萍，劉攀峰，韓 亞，翟江偉

(1.華北水利水電大學，河南 鄭州450045;2.河南省有色地礦局，河南 鄭州450016)

湯河水庫位于遼寧省遼陽市的東南部，坐落于太子河支流湯河干流上.湯河水庫是一座以防洪、灌溉、旅游、養(yǎng)殖、城市生活供水和工業(yè)供水為主，兼有發(fā)電任務的大Ⅱ型水利樞紐工程［1］. 但湯河水庫近年來水體污染情況不斷加劇，筆者以湯河水庫水體和底泥為研究對象，通過室內(nèi)模擬試驗，研究底泥氨氮的釋放規(guī)律.

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

試驗用土:湯河水庫的底泥，經(jīng)自然風干、研磨，過20 目篩后的土樣.試驗用水:湯河水庫原水.

1.2 試驗方法

1)將30 g 試驗用土加入到300 mL 錐形瓶中，同時加入300 mL 試驗用水，確保試驗水土比為10∶1.每天對上覆水進行氨氮的測定直到試驗達到吸附－解吸平衡.

2)污染物濃度. 配置3 種濃度的試驗用水，低濃度:湯河水庫原水與蒸餾水按1∶1 配制;原濃度:湯河水庫原水;高濃度:在原水中加入濃度為3.648 mg/L的NH4Cl 溶液配制，其污染物濃度為原水濃度的150%，研究不同污染物濃度下，水庫底泥中氨氮的釋放規(guī)律.

3)溫度. 設置4，15，30 ℃3 種溫度，研究不同溫度下氨氮的釋放規(guī)律.

4)溶解氧. 一組正常條件下放置，另一組在不擾動底泥的情況下沖入氮氣，獲得貧氧水，研究不同溶解氧條件下氨氮的釋放規(guī)律.

5)pH 值.分別加入(1 +9)HCl 和20%的NaOH溶液調(diào)節(jié)試驗用水pH 值為6 和10，研究不同pH 值下氨氮的釋放規(guī)律.

6)擾動.一組靜置，另一組每隔3 h 模擬人工擾動，研究擾動對氨氮釋放規(guī)律的影響.

1.3 測定方法

每天同一時間用納氏試劑分光光度法測定上覆水中氨氮的含量，測定方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》［2］.

1.4 釋放量計算

釋放量計算公式為

式中:Rn為第n 天時氨氮總的釋放量，mg/kg;V 為錐形瓶中上覆水的體積，mL;Cn為第n 天檢測到的上覆水中氨氮濃度，mg/L;C 為湯河水庫原水中氨氮的濃度，mg/L;M 為錐形瓶中底泥的質(zhì)量，g.

2 結果與分析

2.1 不同濃度下氨氮的釋放規(guī)律

圖1表示不同濃度條件下湯河水庫底泥氨氮的釋放規(guī)律.

圖1 不同濃度下底泥氨氮釋放量變化

由圖1可知:在原濃度條件下，試驗開始的1 ～6 d 底泥氨氮釋放量整體呈上升趨勢，在第6 天達到最大值8.553 mg/kg，在試驗進行到7 ～8 d 時，氨氮的釋放量突然下降，第8 天時開始出現(xiàn)吸附，之后逐漸趨于平衡.在低濃度和高濃度條件下，試驗開始的1 ～5 d氨氮的釋放量略高于原濃度條件下底泥氨氮的釋放量，試驗后期這兩種條件下的底泥氨氮的釋放量相差不大.3 種濃度條件下湯河水庫底泥的氨氮釋放量相差不大，經(jīng)測定底泥中氨氮含量為80.368 mg/kg遠遠超過上覆水中氨氮的含量，從而使得濃度對于底泥氨氮的吸附－ 解吸試驗影響較小.

2.2 不同溫度下氨氮的釋放規(guī)律

圖2表示了在不同溫度條件下湯河水庫底泥氨氮的釋放規(guī)律.由圖2可以看出:在4 ℃和15 ℃條件下底泥氨氮的釋放量變化幅度不大;在30 ℃條件下，試驗開始的1 ～6 d，底泥氨氮的釋放量整體呈上升趨勢，在第6 天達到最大值，6 ～8 d 底泥氨氮釋放量有所下降，出現(xiàn)了吸附，之后釋放量又迅速升高.30 ℃條件下水庫底泥氨氮的釋放量明顯要大于4 ℃和15 ℃條件下氨氮的釋放量.說明溫度越高越有利于水庫底泥中氨氮的釋放.

圖2 不同溫度下底泥氨氮釋放量變化

2.3 不同pH 值條件下氨氮的釋放規(guī)律

圖3表示不同pH 值條件下湯河水庫底泥氨氮釋放量變化.

圖3 不同pH 值下底泥氨氮釋放量變化

從圖3可以看出:在pH =8 條件下，試驗開始的1 ～6 d 底泥氨氮的釋放量整體呈上升趨勢，變化量明顯;7 ～8 d，由于出現(xiàn)了一定程度的吸附導致釋放量有所下降，之后又有所上升;在第10 天氨氮的釋放量達到峰值，10 d 之后氨氮的釋放慢慢趨于平衡.在pH=6 條件下，水庫底泥氨氮的釋放量整體呈上升趨勢，在第11 天達到了峰值. 在pH =10 條件下，氨氮的釋放整體呈上升趨勢，在第12 天達到峰值.在試驗開始的1 ～6 d，pH=8 條件下氨氮的釋放量明顯高于其他的兩種情況.

在試驗后期，不同pH 值下水庫底泥的氨氮釋放量相差不大.

2.4 擾動條件下氨氮的釋放規(guī)律

圖4顯示了正常和擾動條件下底泥氨氮的釋放量變化.

圖4 正常和擾動下底泥氨氮釋放量變化

由圖4可知:在正常條件下，試驗開始的1 ～6 d，氨氮的釋放量變化明顯，整體呈上升趨勢，7 ～8 d氨氮釋放量降低，出現(xiàn)了吸附，第10 天的時候釋放量達到最大值，從第12 天開始，氨氮釋放量基本達到平衡狀態(tài).在擾動條件下，底泥氨氮的釋放量整體呈上升趨勢，在第12 天的時候達到最大值98.449 mg/kg.

試驗初期，擾動和正常條件下氨氮的釋放量差別不大，甚至在擾動條件下氨氮的釋放量低于正常條件，這是因為在擾動時帶入大量空氣，使上覆水溶解氧高于正常條件，硝化細菌將氨氮轉化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，發(fā)生了硝化反應，使上覆水中氨氮濃度減小，從而使氨氮的釋放量也減?。?］. 試驗后期，擾動條件下氨氮的釋放量和正常條件下氨氮的釋放量相差不大，這是因為試驗結束時水庫底泥氨氮的釋放量還處于上升狀態(tài)，沒有達到吸附－解吸平衡，隨著時間的推移，擾動條件下氨氮的釋放量也可能高于正常條件下的釋放量.

2.5 不同溶解氧下氨氮的釋放規(guī)律

圖5表示了不同溶解氧條件下氨氮的釋放規(guī)律.

圖5 不同溶解氧下底泥氨氮釋放量變化

由圖5可知:在正常條件下，試驗開始的1 ～6 d底泥氨氮釋放量整體呈上升趨勢，第6 天出現(xiàn)峰值81.901 mg/kg，7 ～8 d 時氨氮釋放量出現(xiàn)大幅度下降，說明氨氮發(fā)生了一定程度的吸附.這是因為在正常條件下，上覆水與空氣充分接觸，溶解氧充足，硝化反應使上覆水中氨氮濃度減小，從而導致氨氮的釋放量減少，甚至有吸附現(xiàn)象，隨后有一定的波動，在第12 天的時候，氨氮釋放量基本趨于穩(wěn)定狀態(tài).在貧氧條件下，底泥氨氮釋放量一直處于上升狀態(tài)，在第11 天達到最大值115.276 mg/kg，之后趨于穩(wěn)定.試驗開始的1 ～6 d 正常和貧氧條件下氨氮的釋放量差別不大，是因為試驗初期，錐形瓶中存在的溶解氧并沒有消耗完.而在試驗后期，貧氧條件下氨氮釋放量明顯高于正常條件下，這是因為試驗后期隨著溶解氧的消耗，真正達到了貧氧狀態(tài)，反硝化細菌將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮轉化為氨態(tài)氮，反硝化反應使上覆水中氨氮濃度升高，氨氮釋放量也隨之升高［3］.說明貧氧條件有利于底泥中氨氮的釋放.

3 結 語

1)3 種濃度條件下，試驗過程中氨氮釋放量相差不大，是因為沉積物中氨氮含量遠遠超過上覆水中氨氮含量，從而使?jié)舛葘Π钡剑馕囼炗绊戄^小.

2)溫度對底泥吸附－解吸試驗影響較大，溫度越高，越有利于底泥中氨氮的釋放;30 ℃條件下，水庫底泥氨氮的釋放量均明顯高于4 ℃和15 ℃條件下的釋放量.

3)在試驗開始的1 ～6 d，pH =8 條件下有利于水庫底泥氨氮的釋放，在試驗后期，不同pH 值條件下水庫底泥氨氮的釋放量相差不大.

4)擾動條件下水庫底泥氨氮的釋放量基本上都高于正常條件下氨氮的釋放量，即擾動有利于沉積物中氨氮的釋放.所以，避免湯河水庫底泥大幅度擾動可有效改善水庫水體水質(zhì).

5)貧氧條件有利于沉積物中氨氮的釋放. 增加水庫水體中溶解氧的含量對于改善水庫水體水質(zhì)具有重要作用.

［1］李廣波.湯河水庫水環(huán)境質(zhì)量評價及水質(zhì)保護對策［J］.沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，2003，34(2):135－137.

［2］國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.4 版.北京:中國環(huán)境科學出版社，2002.

［3］鐘秋娟.湯河水庫水源保護對策探討［J］.科學與財富，2011(4):87.