第一作者：商卫纯，男,1971年生，本科，工程师，主要从事水环境保护方面的科研和评价工作。
商卫纯1
潘培丰2
蒋海滨1
林
峰1
(1.宁波市环境保护科学研究设计院，浙江
宁波315010;
2.宁波市环境保护局环境工程技术评估中心，浙江
宁波315010)
摘要通过对城市浅水型湖泊(以宁波东钱湖为例)疏浚后上层底泥污染物释放过程模拟试验研究，分析了环境因子对底
泥污染物释放特性的影响及其原因，得出了上覆水营养盐水平、水温和扰动对底泥污染物释放的影响曲线。同时，说明了湖泊内源性有机污染源对湖泊水质存在着潜在的危险性，提出了疏浚施工期间的规避措施，为城市浅水型湖泊底泥疏浚和富营养化治理提供依据。
关键词城市浅水型湖泊底泥污染物释放环境因子措施
R elease of organic pollutants and nutrients from sediments of an urb an shallow lake S hang Weichun 1,Pan Pei f eng 2,J iang H aibi n 1,L in Feng 1.(1.Envi ronmental Protection S cience Research &Desi gn I nstitute ,N ingbo Zhej iang
315010;2.A ssessment Center of Envi ronmental Engineering of N B E PB ,N ingbo Zhej iang 315010)
Abstract : Series of experiments were conducted to study the organic pollutants (TOC )and nutrients (TP and N H 32N )released from the upper sediment after dredging in Dongqian Lake ,an urban shallow lake in Ningbo.Effects of dilution (salt level ),disturbance (movement )and temperature
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of the cover water on its TOC ,TP ,and N H 32N concentration profiles were determined in the lab test runs simulating the field conditions.The experimental results have demonstrated that the lake sediment may release enough organic pollutants and nutrients to adversely affect the lake water quality.Preventative measures are proposed for sediment dredging and eutrophication control of urban shallow lakes.
K eyw ords : Urban shallow lake
Sediment
Contamination release
Ambient factor Measure
语音会议 城市浅水型湖泊水浅，流动性差，又同时接纳工业、生活等点源污染、农业等地表面源污染和大气降水，因此绝大多数湖泊遭受不同程度的污染，水体富营养化和底泥污染普遍较严重，水生生物多样性减少，湖水透明度下降。东钱湖是地质时期留下来的海迹湖泊，平均水深不足2.0m ，属于城市浅水型湖泊。东钱湖由谷子湖、北湖和南湖3个部分组成。湖东西宽约6.5km ，南北长约8.5km ，环湖周长45.0km ，湖泊面积19.9km 2，正常蓄水位3.77m (85黄海基面)时，湖容4429万m 3。汇入东钱湖的
有72条溪流，流域集雨面积84.4km 2。东钱湖通过堰坝和碶闸与下游鄞东南河网沟通。现有湖塘8条，堰坝5道。根据1962—2005年流域统计资料，历年年平均径流量5062.3万m 3。东钱湖是浙江第一大天然淡水湖，具有灌溉、防洪、供水、养殖、航运、旅游等综合利用功能。近年来，由于东钱湖湖内渔业养殖、居民生活以及餐饮业等诸多原因，受氮、磷污染严重，导致水体富营养化日益严重。 大量的研究表明，从各污染源排出的污染物有很大一部分会依附在水中悬浮粒子(泥沙)表面成为
固体营养盐进入湖泊水域，在扩散、净化过程中下沉到底部，蕴涵在常年积累的底泥中。因此，湖泊水质的优劣，不仅受到入湖支流、大气降水等因素的直接污染影响，还会受到底泥中污染物释放的影响。湖泊底泥污染严重，污染物极易受环境因素影响而释放，再次污染湖泊水体[1]。而湖泊底泥中污染物的释放是一个相当复杂的动态过程，释放量的大小受到湖泊底层上覆水中溶解氧、营养盐水平、水温、p H 、生物活性、风浪扰动等多种因素的影响。 根据调查，东钱湖底泥的主要来源有两个方面：一是泻湖在形成过程中沿海岸流和潮汐携带的泥沙沉积，特别是湖沼动植物遗体的填积逐步形成了淤积底泥；二是近几十年来，由于流域人口增加，水土流失增大，沿湖四周的泥土及沿湖居民堆放的生活垃圾被水流冲入湖内，以及上湖岸坍塌、养殖饵料沉积、生活排污和游客带入的固体垃圾。2002年宁波冶金勘察研究院对东钱湖湖区进行了地质勘察，勘探结果显示，湖底底泥分层构造基本为(从上至下):
・
206・ 环境污染与防治 第29卷 第8期 2007年8月
流泥-淤泥质粘土—淤泥—淤泥质粘土—粘土。在上覆水和底泥之间，有一层运动的流泥，它是污染物吸附和解析的重要媒介。
近年来，宁波市有关部门提出东钱湖底泥疏浚等环境综合整治措施。要制定切实有效的富营养化治理措施，就必须在详细调查底泥污染的基础上，掌握湖泊底泥在各种环境因素影响下的污染物释放规律，采取相应的规避措施。笔者在东钱湖实地取样，对其底泥中污染物释放过程进行了模拟试验研究。
1 研究目的
采集疏挖区疏浚后的上层底泥，实验室内模拟不同的环境条件(扰动、水温等)和上覆水水质条件下底泥中污染物的释放规律。
2 试验
2.1试验材料与仪器
底泥：用柱状采泥器采集疏挖区疏浚后上层15 cm厚的底泥，直径110cm，取样12次，用塑料袋密封，置于5℃左右冰箱内待用。
上覆水：用有机玻璃取样器取所取底泥对应点的湖水，用纯净水以不同比例稀释后作为试验用上覆水，用前经0.45μm微孔滤膜过滤以降低生物干扰并测定其中营养盐水平[2]。
试验仪器:JJ21精密增力电动搅拌机;5L烧杯；恒温箱；过滤器；温度计等。
2.2试验方法
每个圆柱形泥样垂直切成2份，共24份,1个烧杯1份，加入不同上覆水至5L，总共24个烧杯，分别进行上覆水不同营养盐水平、水温和扰动状态下TOC、TP和N H32N的释放实验。采用不同的方式将水温控制在10、20、25℃。取样管底端距底泥表面3cm。为使试验更接近真实的底泥污染物释放，动态试验用电动搅拌机对上覆水和表层底泥进行搅动，模拟风浪等因素的扰动状态[3,4]。参照国家环保总局《水和废水监测分析方法》(第4版)，测定释放水(经0.45μm微孔滤膜过滤)中TOC、TP和N H32N。
3 结果和讨论
3.1 上覆水营养盐水平对疏浚后底泥污染物释放
的影响
供水减压阀
分别用湖水、80%稀释水样(纯净水和湖水以2∶8的体积混合)和60%稀释水样(纯净水和湖水以4∶6的体积混合)作为上覆水，在25℃水温下研究不同营养盐水平的上覆水对底泥营养盐释放的影
光盘包装盒响。试验结果见图1、图2和图3
。
图1 不同运动状态、不同营养盐水平时底泥中
TOC释放情况比较
Fig.1 Effect of salt level and movement of
the cover
water on its TOC profile
图2 不同运动状态、不同营养盐水平时底泥中
TP释放情况比较
Fig.2 Effect of salt level and movement of
the
cover water on its TP profile
图3 不同运动状态、不同营养盐水平时底泥中
NH32N释放情况比较
Fig.3 Effect of salt level and movement of the cover
water on its N H32N profile
从图1、图2和图3可知，由于时间有限，本次释放试验TOC、TP和N H32N的吸附和解析没有最终达到平衡，这主要是试验层的污染物与底泥形成了较稳定的、结合强度较高的紧结合态物质，即使将该层直接暴露于上覆水，其中包含的物质也较难在短期内完全解析。还可知，上覆水的水质改善后，试验层底泥的TOC、TP和N H32N均表现出较强的释放特性。60%稀释水样中TOC和TP总体释放速率最大，即稀释程度越高，释放速率越大；而N H32N在80%稀释水样中释放速率最大，湖水和60%稀释水样中相对较低。
3.2水温对疏浚后底泥污染物释放的影响
取底泥和对应处湖水作上覆水，控制体系内p H
热风炉燃烧器
・
3
6
・
商卫纯等 城市浅水型湖泊底泥污染物释放过程模拟试验研究
为8.86，分别在10、20、25℃下进行底泥污染物释放试验。试验结果见图4、图5和图6。 从图4、图5和图6可知，升高上覆水的水温后，上层底泥中TOC 、TP 和N H 32N 总体表现出较强的释放能力，即解析能力强于吸附能力；水温越高，释放能力越强。这是因为升高温度能增强底泥中生物活动能力，促进生物扰动、矿物作用和厌氧转化，导致间隙水耗氧，降低了泥层中的电极电位，使底泥表面呈还原状态，有利于Fe 3+→Fe 2+转化，即胶体状态的
FePO 4转化为可溶性Fe 3(PO 4)2,PO 3+
4脱离底泥沉积物进入间隙水，扩散到上覆水；同时，还原环境使生物参与的反硝化作用和氨化作用明显，使更多的N H 32N 进入间隙水和上覆水。还可知，相同水温下，水温对TOC 、TP 和N H 32N
的释放影响程度也不一样。
图4 不同水温下底泥TOC 释放
Fig.4 Effect of temperature on the TOC
profile
图5 不同水温下对底泥TP 释放
Fig.5 Effect of temperature of on the TP
profile
图6 不同水温下底泥NH 32N 释放
Fig.6 Effect of temperature of the N H 32N profile
从这里得到启示，疏浚工程最好安排在冬季进行，这时的水温较低，可降低底泥污染物的释放速率。
3.3动态试验 不同运动状态、不同营养盐水平时底泥污染物释放的试验结果见图1、图2和图3。由图1至图3可看出，动态试验TOC 、TP 和N H 32N 的释放能力大于静态试验。扰动是影响浅水湖泊水2沉积物界面反应的重要物理因素。扰动促使沉积物再悬浮，增加了水2沉积物界面有机质的交换，同时也加速了底泥间隙水扩散，促使TOC 、TP 和N H 32N 向水体
的释放。在一定的程度上，扰动越大，这种影响越明显。在实际湖泊中，这种影响对深水水体影响较小，但对浅水水体影响大，特别是在挖掘湖泥、疏通水道时，会对水体的富养化有严重的影响。但当水中的悬浮物达到一定程度(SS 为12～18g/L )时(底泥采样时测得东钱湖水体平均SS 为103.4mg/L ),TP 和N H 32N 的释放量趋向于一个常量。因此，扰动对TP 和N H 32N 释放的影响也仅是有限的短期效应，当表层底泥以及悬浮物受水动力扰动向水体释放TP 、N H 32N 达到一定程度后，可能进入一种释放“枯竭”状态。此时底泥中TP 、N H 32N 向水体的释放，与水体中TP 、N H 32N 向底泥的沉积及吸附达到一种动态平衡。因此，只有水体中TP 、N H 32N 含量降低,TP 、N H 32N 从底泥的释放才能进一步进行。 从这里也可以得到启示，疏浚施工期间，最好停止水上的旅游、运动等项目，减少水面不必要的扰动，尽可能减缓底泥污染物的释放。4 结
论
(1)东钱湖疏浚后底泥具有明显的TOC 、TP 和N H 32N 释放特性。
(2)上覆水的水质改善后，底泥中的TOC 、TP 和N H 32N 均表现出较强的释放能力。稀释程度越大，底泥中的TOC 、TP 释放能力越强；而N H 32N 在80%稀释水样中释放速率最大，湖水和60%稀释水样中相对较低。
(3)升高上覆水的水温后，底泥中TOC 、TP 和N H 32N 均表现为解析能力强于吸附能力；水温越高，解析能力越强。d403
(4)扰动上覆水水体会加快底泥污染物的释放，但当水中的悬浮物达到一定程度(SS 为12～18g/L )时,TP 和N H 32N 的释放量趋向于一个常量。 (5)疏浚工程最好安排在冬季进行，这时的水温较低，可降低底泥污染物的释放速率。
(6)疏浚施工期间，最好停止水上的旅游、运动等项目，减少水面不必要的扰动，尽可能减缓底泥污染物的释放。参考文献
[1] 金相灿、刘鸿亮.中国湖泊富营养化[M ].北京：中国环境科学
出版社,1992:1632216.[2] 金相灿，屠清英.中国湖泊富营养化调查规范[M ].北京：中国
环境科学出版社,1992.[3] 李勇，王超.城市浅水型湖泊底泥磷释放特性实验研究[J ].环
境科学与技术,2003,26(1):26230.[4] 邢雅囡，阮晓红，赵振华.城市河道底泥疏浚深度对氮磷释放的
影响[J ].河海大学学报：自然科学版,2006,34(4):3782382.
责任编辑：黄苇 (修改稿收到日期:2007205224)
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406・ 环境污染与防治 第29卷 第8期 2007年8月
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