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什么是底泥污染?

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发布日期:2018-07-19 浏览次数:1409
核心提示:底泥是河湖的沉积物,当水环境受到污染,水中部分污染物会蓄存在底泥中,适当条件下重新释放,成为二次污染源,这就是底泥污染。本文主要介绍了底泥污染的释义、底泥污染释放机理、污染方式、底泥污染对上覆水水质的影响等内容。

底泥是河湖的沉积物,是自然水域的重要组成部分。当水域受到污染后,水中部分污染物可通过沉淀或颗粒物吸附而蓄存在底泥中,适当条件下重新释放,成为二次污染源,这种污染称为底泥污染。水体底泥污染是世界范围内的一个环境问题,许多国家都十分重视,底泥中污染物的浓度可以初步反映河流的污染程度,由此我们可以根据实际情况来进行相应的污染修复。

释义

底泥是河湖的沉积物,是自然水域的重要组成部分。当水域受到污染后,水中部分污染物可通过沉淀或颗粒物吸附而蓄存在底泥中,适当条件下重新释放,成为二次污染源,这种污染称为底泥污染。

底泥污染释放机理

在河流湖泊污染治理过程中,底泥污染整治是主要的难点之一,也是目前较为普遍存 在的环境问题。水体和底泥之间存在着吸收和释放的动态平衡,当水体存在较严重污染 时,一部分污染物能够通过沉淀、吸附等作用进人底泥中;当外源造成的污染得到控制 后,累积于底泥中的各种有机和无机污染物通过与上覆水体间的物理、化学、生物交换作 用,重新进入到上覆水体中,成为影响水体水质的二次污染源。

污染方式

河流底泥主要通过4种方式影响上覆水体水质:

(1) 由于底泥与间隙水中浓度差引起的污染物向上覆水体的释放过程,从而使上覆水 体中主要污染物浓度增加;

(2) 底泥微生物降解有机物的过程消耗上覆水体中的溶解氧;

(3) 底泥再悬浮过程中,吸附的污染物向上覆水体的扩散、释放,增加了上覆水体中 的有机污染物;

(4) 底泥扰动,增加了底泥中污染物向上扩散速率。

底泥污染对上覆水水质的影响

底泥与上覆水之间的污染物交换十分复杂,这不仅仅受到水下地形、底泥含水率、污 染物含量和浓度等底泥本身物理化学性质的影响,也受到上覆水水动力特性以及上覆水本 身pH值、温度、污染物种类和浓度等上覆水的物理化学性质的影响,且污染物不仅仅会 在底泥和上覆水之间互相交换,不同污染物之间由于外界条件的改变也会发生物理和化学 反应,形成污染物之间的相互转移或转化。

1、沉积物耗氧与上覆水溶解氧的关系地表水体耗氧过程包括生化需氧(BOD)、底泥耗氧(Sediment Oxygen Demand, SOD)、氨的硝化及浮游植物和动物的呼吸等。SOD约占河流中总耗氧量的40%〜50%, 因此当城市河道水质得到治理,两旁无污染源时,SOD指标仍将对河流中的DO指标有 很大影响。沉积物耗氧是发生在沉积物与水层之间的复杂过程。从物质和能量的观点看,上覆水溶解氧含量和沉积物内有机物质是沉积物耗氧过程中的物质和能量基础,因此从根 本上说,这两者是决定沉积物耗氧过程的控制因素。

2、污染底泥对上覆水体有机质含量的影响

底泥中的有机物在细菌作用下发生好氧和厌氧分解,前者消耗水体中的溶解氧,后 者则产生有机酸、二氧化碳、甲烷、氨和硫化物等有臭味的物质。河道水质在净化后, 水体中有机物不会很快上升,反而会继续有所下降,分析原因认为是由于沉积物耗氧 导致水体缺氧反硝化,而此过程需要消耗碳源或有机物,进而导致水体中有机物浓度 的下降。

3、污染底泥对上覆水体中氮、磷的影响

大量研究结果表明,在好氧条件下,氮大部分是以硝态氮形式溶出,而在厌氧条件 下,溶出的TN中,绝大部分为氨氮,好氧条件下比厌氧条件下溶出速度快。当水体中磷含量比底泥中的磷含量少吋,就很可能导致底泥中磷向水体屮的释放。随 环境温度的升卨,沉积物中的微生物活性增强,底栖生物活动也开始加强,提髙了生物扰 动作用和沉积物有机物的矿化速率,促使有机磷向无机态转化,将不溶性磷化物转化为可 溶性磷。此外,随微生物活动的增加,间隙水耗氧速率加快,水体中的溶解氧减少,使水 体环境由氧化状态向还原状态转化,加速沉积物中铁结合态磷的释放。

底泥污染影响因素

底泥中污染物的释放除了受底泥组分等影响外,环境因子的改变也是底泥污染物释放 的重要影响因素。研究表明,厌氧条件是促使底泥氮磷释放的主要原因,上覆水体的营养 盐水平可对底泥中氮磷营养盐释放程度产生影响。影响底泥污染物释放的环境因子主要有 溶解氧、温度、pH值、外部扰动等。

上覆水溶解氧

上覆水的溶解氧含量对底泥其他污染物释放产生了非常大的影响,有关研究发现:

(1) 低溶解氧水平下,水体中氨氮浓度升高而硝态氮浓度下降,总氮呈现升髙趋势; 髙溶解氧水平下,水体中氨氮浓度下降而硝态氮浓度升髙,总氮呈现下降趋势。大量研究 结果表明,在好氧条件下,氮大部分是以硝态氮形式溶出,而在厌氧条件下,溶出的TN 中,绝大部分为氨氮,好氧条件下比厌氧条件下溶出速度快。

(2) 低溶解氧水平下,上覆水体中总磷浓度升高,髙溶解氧水平下,水体中总磷浓度 保持稳定并略有下降。底层水体中溶解氧含量(DO)对沉积物P的释放起着决定性的作 用,底泥首先要消耗溶解氧,降低溶解氧浓度,加速水体进人厌氧状态。厌氧状态可大大 促进P在沉积物的迁移和释放,而在好氧状态下释放速率远小于厌氧释放速率。

(3) 低溶解氧水平下,上覆水体中COD升髙,髙溶解氧水平下,水体中COD下降。 溶解氧主要是通过底泥微生物活性来影响COD的释放。溶解氧充足,好氧微生物可以利 用有机物进行代谢,将有机物转化为自身能量,同时也将有机物分解为(:02和H2O,从 而减少了底泥的COD释放量。在厌氧状态下,好氧微生物无法利用底泥的有机物进行正 常代谢,大量有机物释放到水体中,造成水体COD不断升髙。正常条件下,COD释放量 介于好氧状态和厌氧状态之间。

温度

(1) 温度对底泥COD的释放有明显影响。朱健等研究发现,不同温度条件下底泥 COD释放量呈倒“V”字形,温度对C()D的影响,5°C<20°C<35°C。温度对矿物质吸 附有机质和微生物生长均有不同程度的影响,低温有利于底泥中矿物质和有机质之间作用 力的形成,使底泥中的有机质处于相对稳定的状态。高温35°C不利于矿物质吸附有机质, 但可以促进微生物的生长,微生物在生长过程中会将部分底泥释放出的有机质分解,减小 COD释放,但是由于水体中的溶解氧水平较低,好氧微生物无法进行正常的生理代谢, 只有少量兼性微生物可以利用有机质,所以大部分有机质还是逐渐释放到水体中。20°C既 不利于矿物质吸附有机质,也不利于微生物的生长,致使底泥中大量有机质释放到水体 中,水体中COD大幅度提高。

(2) 温度对底泥TN的释放有明显影响,温度越髙底泥释放越大。在氮的释放过 程中,微生物起着十分重要的作用,沉积物的N以有机N为主,温度影响微生物的活 性和活动程度,温度促进宥机N的分解,进而使N向水体的释放量增大。当温度较髙 时,微生物的活动比较活跃,一方面导致有机物的分解作用加快;另一方面氧气会被 快速消耗,从而使贴近底泥释放层的水体中氧化层的深度减小而减缓硝化作用,沉积 物中释放铵态氮的速率加快。反之,在温度较低的条件下,微生物的活动减缓,一方 面导致有机质的分解矿化作用减弱;另一方面,温度低水中氧气的溶解度增大,其渗 透深度加大,从而使贴近底层释放层的水体中氧化层的深度增加,发生硝化作用的界 面层深度也增加,沉积物释放出的铵态氮中一部分被转化为硝态氮,使得释放铵态氮 的速率减缓。

(3) 温度对底泥TP的释放有明显影响。温度升髙,微生物活性增强,好氧增多, D()减少,从而氧化还原电位降低,发生Fe3+转化为Fe2+,FE-P得以释放;另外,微生 物的活动还可以使底泥中的有机磷转化为无机磷得以释放。

pH值

(1) pH值主要通过影响矿物质和有机质之间的作用力来影响COD的释放。同时pH 值也是微生物生长的重要影响因子,可以通过微生物生长情况来影响COD的释放,但影 响较小。碱性条件有利于底泥矿物质与有机质之间的作用力形成,大量有机质被底泥中的 矿物质吸附,从而减少了 COD向水体的释放。酸性条件下,底泥中的矿物质和有机质之 间的作用力难以形成,有机质不能被吸附,释放到水体中,使水体中的COD大量增加。 同时,大部分微生物在酸性条件下难以生长,这也是导致酸性条件下底泥COD大量释放 的原因。自然条件下,既利于底泥矿物质和有机质之间作用力的形成,又有利于微生物的 生长,因此自然条件下COD的释放量小于酸性和碱性条件下COD释放量。

(2) pH值对磷释放速率的影响呈“U”形曲线分布。其机理是pH值影响磷与沉积 物的吸附和离子交换作用。碱性条件下,磷的释放以离子交换为主,体系中的FE-P、 AL-P复合体中的磷酸盐发生交换,是磷酸盐解析过程增强,增加了磷向水体的释放速 率。

典例

底泥是河湖的沉积物,是自然水域的重要组成部分。当水域受到污染后,水中部分 污染物可通过沉淀或颗粒物吸附而蓄存在底泥中,适当条件下重新释放,成为二次污 染源。随着珠三角经济的发展,区域城市内大量河道呈半封闭状态,纳污量大,水质 恶劣。以佛山水道为例,通过资料调研以及现场调查,确定佛山水道水体的污染特征 为水体受耗氧有机物、氮磷等营养元素污染,底泥存在重金属污染,并且是氮磷等营 养物质和有机质的蓄积库,水体生态受到破坏。对广州市番禺区辖内会江支涌、南村 涌和曾边涌等重污染河流的调查发现,不同河涌底泥中污染物的垂直分布所呈现的垂 直分布规律不一样,同一河涌底泥中不同污染物的垂直分布特征也不一样;河涌底泥 中污染物的垂直分布,反映了不同历史时期污染物的排放量,与历史上污染物的排放 强度呈正相关。因此,在考虑通过清淤改善河流水质时,应考虑河涌污染的历史,并 调查沉积物中污染物垂直分布的实际情况。

水下底泥的污染状况对全面衡量水环境质量具有重要的作用,为了更好地控制与处理水体污染现象,对于底泥污染的治理我们不可忽视。水底存在的底泥对生态和人体健康造成了危机,是我们必须加以控制的污染现象。

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