底泥翻耕对巢湖西部聚藻区黑臭风险的预控效果

聚藻区高有机负荷表层底泥已被证实是西巢湖黑臭频发的主要因素,但能否借鉴像控制湖泊内源污染的翻耕方式对黑臭进行预控,则有待于与过程有关的试验研究.基于湖泊底泥再悬浮特征和耕作性能设计的底泥翻耕措施,借助能够模拟湖泊风浪与沉积物再悬浮的大型装置,通过藻体堆积诱发试验,研究黑臭诱发过程中上覆水水色,ρ(Fe2+)、ρ(S2-)的动态,新生沉积物-水界面底泥关键物化指标以及底泥间隙水Fe、S变化对底泥翻耕的响应过程.结果表明:①翻耕深度对黑臭影响较大,PT15(15 cm深度的翻耕处理组)达到了对湖泛黑臭的控制,当第8～14天PT2、PT5、PT10(2、5和10 cm翻耕处理组),CK(对照组)和Blank(空白组)相继发生黑臭时,PT15上覆水主要致黑物质为Fe2+和S2-,其质量浓度分别为PT2、PT5、PT10、CK和Blank的68. 6%、79. 5%、48. 1%、46. 7%、51. 3%和75. 2%、65. 7%、57. 1%、74. 5%、75. 0%.②PT15可明显提升新生泥-水界面对蓝藻堆积及缺氧环境的耐受力,黑臭诱导模拟后,其底部水体及泥-水界面的ρ(DO)、Eh和p H均远高于发生湖泛黑臭处理组,ρ(∑H2S)却明显低于发生湖泛黑臭处理组,表层底泥间隙水中ρ(Fe2+)为0. 54 mg/L,仅为发生湖泛黑臭处理组的25. 3%～33. 7%,ρ(Fe2+)占ρ(TFe)的比例为25. 2%,远低于发生湖泛黑臭处理组(约40. 0%),表层底泥中w(AVS)(AVS表示酸可挥发性硫化物)为0. 51μg/g,仅为发生湖泛黑臭处理组的14. 6%～17. 2%.研究显示,底泥翻耕作为一种底泥物理改良方式,对于聚藻区内底泥,因其将有机污染负荷较重的表层翻转至了下层,阻隔了表层污染底泥中物质迁移供给和对厌氧微生物参与的控制,在藻体大量聚集和死亡的水柱环境中可较好地阻止致黑致臭物的形成,有效控制了湖泛黑臭的发生.

太湖西岸典型区域沉积物的硫铁分布特征及环境意义

以太湖西岸聚藻区、清淤区和开阔水域3种典型区域为对象,对沉积物中硫铁的分布进行研究.结果显示,各区域沉积物中铁还原均比硫还原活跃,硫铁氧化还原菌的分布表明硫铁循环主要集中于0~15 cm表层沉积物.开阔水域未发现明显硫离子(dS^2-)释放与酸性可挥发性硫化物(AVS)沉积,硫还原较弱;二价铁离子(dFe^2+)平均浓度为dS^2-的5.2倍,说明沉积物仍以铁还原为主导.清淤区硫酸盐还原菌(SRB)相对丰度与dS^2-含量均为所有区域中最低,且未见明显dFe^2+释放,表明清淤抑制了硫铁还原的进行.聚藻区表层沉积物SRB相对丰度达到2.7%,且出现dS^2-和AVS的显著升高,说明沉积物中发生着强烈的微生物硫还原.在表层沉积物也出现了明显的dFe^2+释放,反映出强烈的铁还原,但沉积物中铁还原菌(FeRB)的平均丰度仅为0.6%,这一数值与其他区域相似,显然无法解释聚藻区与其他区域巨大的dFe^2+差异,因此微生物铁还原并不是铁还原的主要途径.考虑到硫铁化合物的沉积与Fe(Ⅲ)氧化物的消耗一致,沉积物中的铁还原是由ΣS^2-诱导的化学铁还原主导. dFe^2+平均浓度为dS^2-的4.8倍,监测培养沉积物的dS^2-、dFe^2+变化所得的铁还原速率是硫还原速率的7.4倍,说明铁还原仍比硫还原活跃.但由于AVS的沉积对ΣS^2-的消耗,真实硫还原速率应高于测量值.

太湖蓝藻聚集区沉积物硫形态的时空变异特征

以太湖竺山湾蓝藻聚集区沉积物为对象,通过季节性采样,借助硫形态提取与硫同步辐射技术(S-XANES),对沉积物内硫形态分布特征进行研究.结果表明,沉积物中硫分布具有明显的季节性波动特征,夏季沉积物中还原性硫含量要显著高于春季.硫形态提取结果显示,聚藻区沉积物中酸可挥发性硫、黄铁矿硫的平均浓度分别是非聚藻区的12.7、4.16倍,表明蓝藻聚集有利于还原性硫的产生.S-XANES分析结果也表明聚藻区沉积物内Fe S、Fe S2和ES的平均百分比含量明显高于非聚藻区.结合对比两种硫分析方法,可以发现聚藻区内强还原环境会使沉积物中硫优先还原为硫化亚铁,有利于向稳定态铁硫化物黄铁矿的转化.聚藻区沉积物内腐殖质硫(HS+FS)的平均含量是非聚藻区的1.53倍,且以硫醇、硫醚等还原态有机硫为主.上述研究表明,聚藻区沉积物中还原性硫和有机硫组分的含量均明显高于非聚藻区,可能是导致水体黑臭事件发生的主要诱因之一,应加大对聚藻区沉积物的治理.