三峡支流大宁河库湾水质分布变化原因及其生态效应

为探讨三峡支流大宁河库湾水体水质分布变化的原因及其产生的生态效应,从大宁河库湾污染源、三峡干支流水体交换等视角,建立三峡干流与大宁河库湾交换水量的计算公式,监测大宁河库湾表层水样水质的逐月变化情况,重点分析不同调度期三峡干支流水体交换变化驱动下大宁河库湾水质时空分布的响应变化.结果表明:①三峡干流回水倒灌、大宁河上游来流是大宁河库湾水量、TN、TP等的主要来源,干流表层水体EC(电导率)、ρ(TP)和ρ(TN)均高于大宁河上游来流.②蓄水期至高水位期,在干流回水倒灌作用和库湾水量滞留作用的影响下,库湾表层水体EC、ρ(TP)和ρ(TN)高值分布向上延伸至距离入江口0~20 km及以上的库湾水域.泄水期至低水位期,干支流交换水量为负值,表示库湾流出水量高于干流回水倒灌水量.这两个时期库湾表层水体EC、ρ(TP)和ρ(TN)高值分布首先集中于距离入江口0~5 km的库湾水域,随后向库湾中游方向延伸,可能因泄水后期、低水位期仍有少量干流回水从中表层方向倒灌以及库湾中游藻密度高引起.③5-9月距离入江口0~20 km的库湾中游、下游水域藻密度明显高于其他时期其他水域,与水温适宜、非氮非磷限制的营养结构〔TN TP(摩尔比)为30~40〕促进藻类生长繁殖有关.研究显示,不同调度期干支流水体交换是驱动大宁河库湾水质分布变化的重要因素,进而库湾水体氮、磷营养结构的时空变化一定程度上影响着浮游藻类生长分布.

辽河流域水环境沉积物质量风险评估

采集辽河流域浑河、太子河干流及大伙房水库共56个站点的表层沉积物样品,根据相平衡分配法的修正模型建立辽河流域沉积物重金属质量基准(Cu、Pb、Zn、Cd的SQC(基于CCC)分别为75.26μg/g、25.72μg/g、255.96μg/g、2.52μg/g),依据重金属急、慢性生物毒性风险确定辽河流域沉积物重金属质量三级标准,并创建沉积物质量风险评估方法——沉积物污染指数法(SPI),对辽河流域水环境进行沉积物质量风险评估,评估结果显示:浑河干流中下游、太子河中上游及大伙房水库库中、库尾处的沉积物质量状况为中风险,此沉积物重金属污染状况使长期生活在其中的底栖生物受到轻微重金属慢性毒性影响,其中浑河中游红透山铜矿处和细河上游沈阳工业区的沉积物质量风险极高。

我国磷石膏资源化利用研究进展

介绍了我国磷石膏利用政策环境及现状,浅析了磷石膏中所含杂质组分对资源化产品性能和环境的影响,分析了磷石膏资源化利用的预处理方式和效果,综述了磷石膏在建材行业、农业生产等领域的应用现状及局限性。

沱江流域磷石膏的磷形态组成及潜在释放特征

对沱江流域磷石膏中磷形态组成及浓度、磷释放动力学特征、环境因子对磷释放的影响进行了研究。结果表明:沱江流域磷石膏总磷(TP)浓度为3. 70 mg/g,磷石膏中磷释放主要来自弱吸附态磷(Ex-P)、可提取态有机磷(Org-P)和铁磷(Fe-P),且Ex-P、Fe-P释放所占比例较大;磷石膏与水的水土比为500∶1时,磷释放量达到最大值,磷的释放过程主要发生在前8 h,最大释放速率(V_(max))为3. 52 mg/(g·h),一级动力学方程可较好地拟合磷释放动力学过程,其平衡浓度(Q_(max))拟合值为2. 30 mg/g;水体pH对磷石膏中磷释放影响显著,酸性或碱性条件均有利于磷的释放,水体盐度和温度越高,越有利于磷释放,水体温度从10℃升至25℃时,磷总释放量逐渐提高,25℃时磷的总释放量最大。

三峡水库不同调度期水体氮形态时空分布特征

为了深入探究三峡水库氮形态污染特征,采用野外调查和室内实验相结合的方法,系统分析了三峡水库4个调度期8个断面的水质监测数据,对水体氮形态浓度和时空分布特征和氮形态之间及其与水体环境因子之间的相关性进行了研究。结果表明:TN-N浓度范围为1.45~5.34 mg/L,超过国际公认的发生富营养化阈值,其主要形态为TDN-N,TDN-N主要形态为DIN-N,DIN-N主要形态为NO_(3)^(-)-N,氮形态分布受水体pH值和EC的影响较为显著。蓄水期、低水位期和泄水期TN-N,TDN-N,NO_(3)^(-)-N两两之间显著正相关,三者具有一定的同源性。空间上,4个调度期TN-N,TDN-N,NO_(3)^(-)-N沿程分布趋势相似,从朱沱至寸滩整体呈先升后降的趋势;NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(-)-N变化幅度不大,空间差异可能主要受人类活动污染输入影响。季节上,TN-N,TDN-N,NO_(3)^(-)-N,NH_(4)^(+)-N变化趋势相似,表现为“高水位期>低水位期”,NO_(2)^(-)-N表现相反。季节变化可能主要与水库调度运行模式和气温、降雨等季节性因素有关。

地表水中悬浮物含量和粒径对磷测定的影响

我国地表水体悬浮物含量和颗粒粒径组成的时空分异明显。该研究筛分3种粒径颗粒,研究不同粒径颗粒中赋存的磷形态及其解吸-吸附磷的能力特性差异,探讨不同悬浮物含量引起水体总磷(TP)测定结果偏差情况及改进建议。结果表明,粒径d<30μm颗粒所赋存总磷、生物有效态磷含量明显高于50~150μm、30~50μm颗粒,水空白环境下粒径<30μm颗粒所释放磷量也最高,等温吸附条件下粒径<30μm颗粒具有更高的磷吸附能力。通过Freundlich交叉型吸附曲线拟合,粒径50~150μm、30~50μm、<30μm颗粒的磷解吸-吸附平衡质量浓度分别为0.84、0.63、0.58 mg/L,粒径<30μm颗粒在地表Ⅰ~Ⅴ类水体(TP≤0.4 mg/L)中更易达到磷解吸-吸附平衡状态。我国地表一般水体中悬浮物含量大多在零至几千mg/L范围,而使用“静沉30min-消解”国标前处理方法无法保证统一的沉降效果,使得水体TP含量测定结果偏低或偏高。针对地表一般水体,建议同时增加“混匀-消解-过滤”前处理方法测定水体TP含量作为参考。

硫对环境介质中重金属环境行为的影响研究进展

主要介绍了水体沉积物中硫与重金属的赋存形态,阐述了沉积物中硫与重金属之间迁移转化的耦合关系,综述了沉积物/土壤重金属潜在风险评价方法,以及硫在重金属污染治理方面的应用。

藻体分解对沉积物-水中硫迁移转化的影响

在太湖采集沉积物样品开展室内沉积物-水柱培养试验,设置“空白-好氧”“加藻-好氧”“加藻-厌氧”3组沉积物柱对照,探讨藻体死亡分解对水体环境条件、水体硫化物(S^2-)和沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)迁移转化的影响。结果表明,培养期间藻体死亡分解促使“加藻-好氧”“加藻-厌氧”组上覆水pH下降明显,溶解氧(DO)前期因光合作用而暂时升高,后期因呼吸耗氧而降低。在20 d培养期间,“空白-好氧”组上覆水中S^2-均未检测到,而两个“加藻”组上覆水中S^2-在第5 d和第20 d明显增加,说明藻体分解向上覆水中释放了部分S^2-。3个试验组的表层沉积物AVS含量均低于第二层沉积物AVS含量,原因可能是表层沉积物AVS更易被氧化或释放进入上覆水。“加藻-厌氧”组表层沉积物AVS含量在1~10 d逐渐增加,此部分AVS主要由藻体自身分解释放的部分S^2-所贡献。研究表明,藻体分解过程一方面可通过改变pH、DO等环境条件促进沉积物硫迁移转化,另一方面藻体自身释放S^2-也影响沉积物-水体硫化物含量。

绿藻消亡过程对上覆水磷形态含量的影响

以太湖沉积物样品和浓缩绿藻等为试材进行室内柱培养实验,研究绿藻消亡分解条件下上覆水pH、溶解氧(DO)、总磷(TP)、总溶解态磷(TDP)和活性磷酸盐(PO4^3-)等含量的动态变化。结果表明,厌氧培养下绿藻等死亡速率相比好氧培养更快,且藻体消亡过程中耗O2产CO2、释放小分子有机酸作用使之上覆水DO、pH明显下降。"空白-好氧"组上覆水PO4^3-、TDP含量在1~20 d内明显上升,说明好氧条件下沉积物仍会释放部分磷进入上覆水;"加藻-好氧"组PO4^3-含量在10~20 d内才升高,主要因培养后期绿藻死亡分解释放磷而引起;"加藻-厌氧"组PO4^3-、TDP含量变化较小,可能与后期藻体残渣、悬浮物质吸附PO4^3-作用有关,后续需进一步深入探讨。研究表明,绿藻分解能明显降低水体DO、pH,且能释放磷进入水体,但不同培养条件绿藻分解释放磷的时期有一定差异。

藻体消亡过程中水体铁形态含量的动态变化

为研究藻体消亡分解过程对水环境铁循环的影响,本研究以浓缩绿藻和太湖沉积物样品为试材进行室内柱培养实验。结果表明,室内柱培养环境中藻体在0~15 d内基本消亡至尽,且厌氧培养条件下上覆水的溶解氧(DO)含量、pH明显下降,主要因藻体消亡分解过程中不断耗氧、释放小分子有机酸所引起;培养后期(10~20d),“空白-厌氧”组上覆水总铁(T-Fe)、可过滤铁(TD-Fe)和亚铁(Fe^(2+))含量相比其他组较高,原因是厌氧或缺氧环境下沉积物铁氧化物/氢氧化物还原为溶解态Fe^(2+)释放入水体;然而,培养后期“加藻-好氧”和“加藻-厌氧”组Fe^(2+)、T-Fe含量却波动下降,这可能由藻体分解释放的硫化物(S^(2-))与上覆水Fe^(2+)反应生成硫化铁沉淀所致。研究表明,藻体分解过程通过改变上覆水pH、DO环境,释放S^(2-)而影响铁氧化物的氧化还原作用、硫化固定作用,从而驱动Fe元素在上覆水与沉积物间的迁移转化。

应用相平衡分配法建立湘江衡阳段沉积物重金属质量基准

采集湘江衡阳段29个站点的表层沉积物样品,测定沉积物中4种重金属(Cu、Pb、Zn和Cd)含量及赋存形态、以及孔隙水中重金属含量,根据相平衡分配法的基本理论,考虑参与沉积物-水相平衡分配的重金属组成,实测法计算重金属的沉积物-水相平衡分配系数(Kp),分别引用美国EPA制定保护水生生物不受重金属慢性毒性影响的基本连续浓度(CCC)和我国地表水环境质量标准(GB 3838-2002)Ⅰ类水质标准,建立两种湘江衡阳段沉积物重金属质量基准(SQC)进行对比分析,其中基于美国CCC建立的湘江衡阳段沉积物重金属质量基准与国内外研究成果相比可比性较好,4种重金属(Cu、Pb、Zn和Cd)的SQC值分别为64.62、55.57、1 360.40和2.34μg.g-1,此SQC具有保护长期生活于沉积物中的底栖生物不受重金属慢性毒性影响的意义.通过单因子评价法将湘江衡阳段沉积物中重金属总量与沉积物质量基准值(SQC)进行比较,结果表明,湘江衡阳段沉积物中Cd和Pb含量水平对底栖生物具有较大的慢性毒性影响,Cd污染不容忽视.

湘江衡阳段重金属在水体、悬浮颗粒物及表层沉积物中的分布特征研究

采用ICP-MS研究湘江衡阳段上覆水、悬浮颗粒物、表层沉积物及孔隙水中重金属的含量及分布特征.结果表明,湘江衡阳段主要的重金属污染元素是Cd,上覆水中Cd的平均含量为0.26μg·L-1,高于美国水质基准的持续基准浓度CCC(USEPA2009),已经对部分水生生物表现出潜在的毒性效应;悬浮颗粒物和表层沉积物中Cd的富集含量较高,分别为42.03μg·g-1和29.62μg·g-1,达到加拿大淡水沉积物保护准则最初影响水平TEL的70倍和50倍,其中,从沉积物中取得的孔隙水中Cd平均含量为3.8μg·L-1,该值是CCC的15倍甚至高于最大基准浓度(CMC),已经对部分水生生物表现出实际的急性毒性效应.湘江衡阳段重金属的空间分布特征表现为中下游污染较上游严重,在衡阳水口山地区等污染企业密集区,重金属含量较高,表明人类活动输入已经成为湘江重金属的重要来源.研究结果还表明,悬浮颗粒物及沉积物相作为水体重金属污染物的主要赋存介质,对重金属污染的迁移、沉积、转化及生物富集作用具有决定性的意义,其重要性不容忽视.

大辽河感潮河段及近岸河口氮、磷的分布及潜在性富营养化

根据2013年8月和11月大辽河感潮河段及近岸河口区水质的实测数据,对水体中不同形态氮、磷含量的季节和空间分布特征进行了研究,并对水体潜在性富营养化程度进行了评价.结果表明,2013年丰水期和枯水期,从大辽河感潮河段至近岸河口区,硝酸盐是水体无机氮存在的主要形态,其约占总无机氮的55%;颗粒态磷(TPP-P)是水体磷营养盐的主要存在形式,其含量占水体磷营养盐的50%以上.空间上,从大辽河感潮河段至近岸河口区,水体的氮、磷形态的浓度表现为逐渐降低的趋势,相关性分析结果显示,水体大多数氮、磷形态与盐度呈显著的负相关关系,说明海水物理稀释相比其它环境因子对水体氮、磷形态空间分布起着主要作用;季节上,大辽河感潮河段及近岸河口区水体氮、磷含量表现为"枯水期>丰水期",这主要与感潮河段季节性陆源输入情况不同有关.大辽河感潮河段及近岸河口区水体DIN-N浓度均大于0.30 mg·L^(-1),N/P大于60,均表现为磷限制潜在富营养化水平.

三峡水库水体溶解磷与颗粒磷的输移转化特征分析

根据河流上、下游断面间水、沙和磷的输运系数差异,建立了一种分析河流水体磷的输移转化特征的判定方法.基于2015年1月(枯水期)和7月(丰水期)三峡水库的径流量、输沙量和水体磷形态数据,应用该方法分析了三峡水库水体磷的输移转化特征.结果表明,两个水期三峡水库水体均以TDP为主要磷形态,TDP通量占总磷(TP)通量的51%～96%;枯水期,三峡水库TDP表现为移出作用,主要由三峡拦坝蓄水促进泥沙颗粒吸附TDP引起,丰水期则表现为添加作用,与外源性含高浓度TDP的水量输入有关.在两个水期,三峡全库区泥沙和TPP均呈明显的沉降滞留特征,且TPP相对于沙量呈添加作用,一定程度上说明TDP被泥沙颗粒吸附而转化为TPP作用相对更强.三峡水库清溪场至万州段为水、沙和磷的主要滞留区域,与该区段泥沙颗粒粒径细化、颗粒吸附磷能力增强有关.

液-液萃取与气相色谱-质谱联用测定环境样品中的单质硫

采用液-液萃取与气相色谱-质谱联用测定复杂环境基质样品中的单质硫,研究萃取溶剂、色谱柱类型及炉温升温程序对分析方法的影响。实验结果表明:二硫化碳作为萃取溶剂好于四氯化碳。采用HP-1MS柱时,炉温在270℃恒温保持10min进行分析,单质硫峰形较好。采用HP-5MS柱,单质硫峰形及丰度均优于HP-1M S柱。该分析方法的线性范围为5—200mg/L,可决系数R2为0.9980,最低定量限0.106mg/L,测定5个5mg/L硫水混合液平行样的相对标准偏差为3.179%。生物脱硫反应器出水中单质硫测定结果表明,该检测方法是可行的。

岷江干流表层沉积物中磷形态空间分布特征

近些年,岷江水体TP污染情况严重,而水体沉积物这一潜在污染源,对水质安全带来的威胁也不容忽视.为揭示岷江干流表层沉积物中磷形态的空间分布特征,于2016年12月,采集了岷江干流(阿坝~宜宾)表层沉积物样品,应用改进的SEDEX法对表层沉积物中的弱吸附态磷Ex-P、可提取态有机磷Org-P、铁结合态磷Fe-P、自生磷灰石磷Ca-P、碎屑磷De-P和非活性磷Res-P等6种磷形态质量浓度进行了测定.结果表明,岷江干流表层沉积物中总磷TP的质量浓度为522.17~979.22μg·g^(-1),已远超全国土壤磷素背景值700μg·g^(-1),表明岷江沉积物中TP浓度较高.从空间分布来看,岷江中游眉山河段中的表层沉积物是颗粒最细、有机质和TP质量浓度最高的区域.岷江干流表层沉积物磷的主要赋存形态为Ca-P和DeP,两者共占TP的质量分数为75%以上.同时,岷江干流表层沉积物中的生物可利用磷(Ex-P、Org-P和Fe-P总和)占TP的质量分数为10.31%~29.62%,其中以中游河段(尤其是眉山段、乐山段)质量浓度最高,这表明岷江中游河段表层沉积物中磷的生物可利用性较强,潜在环境风险较高.