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景观湖水中的氮磷是如何产生又如何转化?

2021-10-25 08:11蓝海狸景观水处理工艺技术(447)

摘要:景观湖水中的氮磷是如何产生又如何转化?,pH、温度、溶解氧、风浪和微生物代谢等对底泥的氮、磷释放产生很大的影响。底泥自上而下可分为三层:一为污染层,多呈黑色至深黑色;二为过渡层,结构疏松,含有大量沉水植物根系及茎叶残骸;三为沉积层,多为粘质夹粉质粘土。沉积物-水界面物质交换主要发生在沉积物表层5-10cm范……

pH、温度、溶解氧、风浪和微生物代谢等对底泥的氮、磷释放产生很大的影响。底泥自上而下可分为三层:一为污染层,多呈黑色至深黑色;二为过渡层,结构疏松,含有大量沉水植物根系及茎叶残骸;三为沉积层,多为粘质夹粉质粘土。沉积物-水界面物质交换主要发生在沉积物表层5-10cm范围内。

沉积物中的营养物质,可以通过矿化和解吸,生成无机离子重新进入到上覆水中,或由于离子交换、分子扩散和生物扰动等作用进入到上覆水中,或形成松散的无机矿物或有机化合物,而上覆水中的氮无机离了也能反向扩散到底泥的厌氧层,经反硝化作用还原成N2O、N2等逸入大气。

底泥中氮的累积和释放是一个复杂的过程,氮的迁移转化的主要是通过硝化和反硝化完成的当水体中NO3-的浓度较高时,底泥厌氧层的反硝化作用就会加剧,更多的NO3-进入底泥厌氧层,因而水体NO3-浓度就会下降;当上覆水中NCH-的浓度降低时,底泥厌氧层的反硝化作用就会减缓,上覆水中NO:进入底泥的量就会减少,从而维持着水体生态系统的营养水平。

底泥中的磷的释放机理主要有三个方面:

一、生物释放

主要是大型水生植物的释放、底栖生物的消化释放和细菌释放。大型水生植物的茎叶可通过分泌作用将磷释放到水体中,死亡后的大量植物腐殖质沉入水底,成为底泥中的一部分,然后由于细菌的分解又把磷释入上覆水体中,造成水体中磷的增加。细菌分解作用使底泥中的有机化合物释放出磷酸盐,并且细菌会把底泥中不溶性的磷化合物转化为可溶性的磷化合物。

二、物理释放

由于溶解性磷在底泥间隙水与上覆水间存在浓度梯度,从而产生扩散作用;水面的风速、波浪等水力扰动作用引起底泥再悬浮,从而产生磷释放。

三、化学释放

厌氧条件下铁磷矿物的还原促进底泥中的磷释放,好养状态下铁具有很强得吸附磷的能力,特别是磷酸盐,磷酸盐以高铁络合物的形式从底泥中析出;而在厌氧条件下,铁离子被还原成亚铁离子,容易与磷生成可溶于水的磷酸亚铁盐,并且与磷酸盐一并释放到上覆水体中。

磷由底泥先进入底泥的间隙水中,再经过扩散、扰动和水动力等作用逐渐扩散到水-底泥界面,进而扩散到上覆水体中,底泥中的磷主要以两种途径向上覆水体中释放:铁氧化物(FcOOH)、氢氧化物结合磷的解吸,与有机化合物的矿化分解。

水体中的磷进入底泥后,矿化分解为可溶性的无机磷释放到底泥的间隙水中,造成间隙水中的溶解性磷的含量升高,由于存在浓度梯度,间隙水中的溶解性的磷有一部分扩散到上覆水体中,另一部分由于扩散阻力的作用向底泥沉积物中聚集,这一部分磷在等间隙水中的释放后会更容易解吸,并进一步扩散到上覆水体中。

底泥中铁的氢氧化物和氧化物对磷酸盐有较强的亲和性,能限制间隙水中的磷酸盐向上覆水体中扩散,该作用与底泥的氧化还原电位相关。底泥在氧化条件下时,只存在少量的磷释放到上覆水体中;而底泥在还原条件下时,由铁的氧化物释放的磷可以直接从间隙水中进入上覆水体中。

氮元素释放主要是铵态氮,释放强度与pH和溶解氧负相关,与温度正相关。

夏季时表层水体中藻类进行光合作用吸收水中的CO2,提高了水体的pH。水体中H+浓度增大后,底泥中胶体吸附的铵态氮由于同H+竞争吸附位置而被释放到水体中,铵态氮脱附过程增强,从而释放量增加;相反当pH增大时,水体中的OH含量增加,则促使铵态氮更多地与OH相结合,然后以气体形式释放到水体中,化学平衡的移动会造成系统内氮元素总量减少,进而降低水体中的硝态氮和铵态氮的浓度。

此外大多数的氨化细菌和硝化细菌适宜在中性环境(pH=6.5~7.5)下生存,过碱环境(pH>8)则不利于氨化和硝化过程的进行,因而pH增大会抑制底泥中氮的释放;当水体的pH在3~7之间时,磷元素主要以磷酸氢根离了的形式存在,而pH在8~10之间时,磷元素主要以磷酸二氢根离了的形式存在,此时底泥的吸附作用zui大;pH值偏高利于更多的磷酸根离了从铁氧化物中解析出来,释放到水体中造成磷酸盐含量增加,因此pH值升高促进底泥中磷的释放。

对于城市小型潜水型湖泊,底泥中氮的释放取决于时间尺度:短期的水力条件对底泥的释放影响作用较大,但是长期水力条件的影响并不显著。

水环境系统中的水生植物对营养盐具有吸收利用作用,在水生植物生活旺盛季节,底泥释放的营养物质浓度处于较低水平,冬季时植物生长活动停止,净化作用趋近于零,此时水体中的营养盐浓度由于底泥释放达到一个相对稳定的水平。

此外底泥中生活着底栖动物、底栖微生物、酶类,其物理、化学和生物作用对水体环境产生的影响不容忽视季节的温度变化、底泥的现有浓度和水体中所含的营养物浓度都影响着底泥营养盐的释放速率,因而一年中的底泥释放变化可能较大。

文章内容来源于:城市景观水体氮磷污染负荷来源解析

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