张友新

（重庆同丰工程管理咨询有限公司，重庆 401122）

0 引言

在城镇化的进程中，大量的人口向区域中心集聚，居民生活生产导致大量的污水废水排放。如果这些污水和废水不进行处理直接排入地表水体，就会导致环境污染，影响有限的淡水资源[1]。其中，生活生产中产生的污水和废水含有大量的各形态磷，这些磷元素作为水体富营养化主要诱发因子，使自然水体中的藻类大量发育，水藻释放的有毒物质直接破坏了水生态系统系统。另外，水体中的沉积物由于含有大量腐殖质，这些腐殖质中含有大量的腐殖酸、富里酸和胡敏素，酸类介质能够通过吸附、螯合等作用机理对磷元素进行胶结，形成有机胶体，但这种过程受到许多因素的影响，例如环境温度、沉积物受扰动情况以及pH 值等，水体中的沉积物磷元素释放和吸附过程失衡，甚至产生内源性磷释放供体，成为污染因子之一[2]。在黑臭水体和其沉积物中加入外源性的富里酸是降低水体磷元素的有效途径之一，因此需要研究外源性富里酸对沉积物中各形态磷的迁移转化规律[3]。

1 工程概况

重庆市渝北区某水系中，由于生活污水排放，水体出现不同程度的黑臭和富营养化现象，另外底泥有机质含量高，取出的淤泥具有明显的臭鸡蛋味，颜色呈深黑色，腐殖质含量高。水系长度约5 km，由很多的天然排涝区、人工灌溉干渠以及人工养殖河塘组成。为了研究水体及沉积物中磷酸盐的空间分布特征以及迁移吸附的演化过程，以便于对水环境治理决策提供有益的参考。该研究选取水系中污染贡献比较高的1 条排涝区、1 条灌溉用灌区以及1个养殖河塘进行研究，2022 年3－6 月选取12 个监测点，在现场水体中采集水样和沉积物以分析各形态磷的空间分布特征，每个监测点均取3 件试样作为一组，3 件试样的测试平均值作为监测点测试值。水样的试样采集方法是在水面下20 cm 取300 mL，在水面下40 cm 取300 mL，在水面下150 mm（如果水体深度大于2m）取300 mL 进行混合作为一个试样，水样采用干净的玻璃瓶装储，并避光密封保存。沉积物的采集方法是在与水样采集位置一致的地方，通过铁勺对水底表层淤泥进行抓取，避免淤泥的扰动，同时去除泥中大颗粒砂粒、杂物等，用同样用玻璃瓶装储，转移至室内试验中进行各形态磷指标测试。

2 黑臭水体磷及沉积物中各形态磷分布特征

在黑臭水体治理过程中，需要对水体中的各形态磷及沉积物中的各形态磷进行采样分析，研究其分布特征，有针对性地采取治理方案[4]。为研究水体中的磷形态空间分布特征，对12 个监测的黑臭水体取样测试结果见表1。从表1 中可以看出，各形态磷在空间分布上表现为明显的各异性。在各形态磷中，总磷TP 的质量浓度最大，变化范围1.05 mg/L～2.53 mg/L，最大值出现在S6 监测点（DL干渠），最小值出现在S2 监测点（JK 排洪渠），其中DL干渠中的总磷TP 的质量浓度明显比JK 排涝渠和KLD 河塘的总磷TP 质量浓度高；溶解态总磷TDP 质量浓度变化范围为0.17 mg/L～1.15 mg/L，而KLD 河塘的溶解态总磷TDP 质量浓度相对较高；总颗粒态磷TPP 质量浓度变化范围为0.77mg/L～1.54mg/L，其中DL 干渠中的总颗粒态磷TPP 质量浓度明显高于JK 排涝渠和KLD 河塘的总颗粒态磷TPP 质量浓度；可溶性活性磷SRP 质量浓度范围为0.11mg/L～1.33mg/L，其中DL 干渠中的可溶性活性磷SRP 质量浓度明显高于JK 排涝渠和KLD 河塘的可溶性活性磷SRP 质量浓度；溶解有机磷DOP 质量浓度范围为0.03mg/L～0.64mg/L，其中KLD 河塘中的溶解有机磷DOP质量浓度明显高于JK 排涝渠和DL 干渠中的溶解有机磷DOP 质量浓度。以上分析表明，KLD 河塘、JK 排涝渠和DL 干渠中的水体均为劣V 类水质，为研究其内源性磷污染的可能性，需要进一步对水底沉积物进行磷形态指标分析。

表1 黑臭水体中各形态磷的分布特征

水体沉积物中的各形态磷含量反映了水体富营养化的内在机理，同时也在一定程度上反映了人类活动对水体污染过程的影响[5]。对水系中12 个监测点S1～S15 的沉积物试样进行各形态磷进行质量浓度测试，结果如图1 和表2 所示。从图1 中可以看出，沉积物中的总磷含量以及7 种形体磷在不同区域取样测试结果波动较大，表现为显著的空间变异性。其中沉积物中总磷TP 质量浓度最大，其变化范围为680 mg/L～2481 mg/L，最大值出现在S10 监测点（DL干渠），最小值出现在S13 监测点（KLD 河塘）；其次为铁磷（Fe-P），其质量浓度变化范围为262 mg/L～1628 mg/L；沉积物中有机磷（OP）的质量浓度最小，变化范围为3.2 mg/L～19.7 mg/L；其余个形态磷的质量浓度较小，但变异系数均大于35%。

表2 不同取水点的各形态磷质量浓度分布

图1 沉积物中各形态磷的分布特征

3 富里酸对沉积物磷释放规律影响

为了研究外源性富里酸对沉积物释磷规律的影响，对12个监测点采取的沉积物试样在室内试验中通过投入富里酸的方法，观测沉积物中的磷形态的吸附和释放演变过程，以模拟实际黑臭水体治理中富里酸作用机理。具体的操作方法是对12 个监测点的沉积物进行风干研磨，去除动植物残骸，每个试样取10g，放入烧杯中，并加入经过过滤的水样（水样与沉积物的位置一致），定容至200mL，为更好地对比富里酸浓度对释磷的影响，采用控制变量法，每组试验设置4 种不同的工况对照，分别加入0.5mg/L 富里酸溶液0mL、15mL、35mL 和85mL，在室内弱光条件下培养20d 进行离心机处理和各形态磷质量浓度测试。

表3 和图2 为监测点S13 中加入不同体积富里酸溶液后的各个形态磷测试结果。从图2 中可以看出，加入富里酸后，各形态的磷呈现不同的变化规律，随着富里酸溶液体积的增加，总磷TP 质量浓度、铁磷（Fe-P）质量浓度变化最大，呈现不断增加的趋势，总磷TP 质量浓度从679.90 mg/L增至1873.55 mg/L，增幅为175%，而铁磷（Fe-P）质量浓度从484.39mg/L 增至1179.20mg/L，增幅为143%。随着富里酸溶液体积的增加，闭蓄态磷（Oc-P）、铝磷（Al-P）、碎屑磷（De-P）和有机物磷（OP）呈现不同程度的增加，增加幅度顺序依次为有机物磷（OP）＞铝磷（Al-P）＞闭蓄态磷（Oc-P）＞碎屑磷（De-P）。随着富里酸溶液体积的增加，交换态磷（Ex-P）和钙磷（Ca-P）相同幅度地减少，交换态磷（Ex-P）质量浓度从98.16 mg/L 增至68.0 mg/L，降低幅度为30.7%，钙磷（Ca-P）质量浓度从91.60 mg/L 增至62.52 mg/L，降低幅度为31.7%。

图2 加入不同体积富里酸溶液后各形态磷的释放过程

表3 加入不同体积富里酸溶液后各形态磷的测试结果

图3 为加入不同体积富里酸溶液后，沉积物总磷TP 质量浓度比例以及铁磷Fe-P 质量浓度比例的变化。从图中可以看出，随着富里酸溶液体积的增加，总磷TP 和铁磷Fe-P的比例均呈现明显增加，两者具有较好的相关性。加入富里酸对沉积物吸附铁磷Fe-P 有明显的增强效果，使二价Fe 被氧化呈三价Fe，铁磷Fe-P 比例增加，氧化反应过程如公式（1）所示。

图3 加入不同体积富里酸溶液后对总磷和铁磷的影响

4 结论

该文以重庆市渝北区某水系为研究对象，采用现场实测以及室内试验的方法对黑臭水体和沉积物进行取样测试，分析两者的各形态磷的分布特征，并在室内模拟试验，研究外源富里酸对各形态磷的吸附速率，得到以下2 个结论：1）从12 个监测点的水样和沉积物试样测试表明，研究水系中的各形态磷质量浓度存在显著的空间变异性，在各形态磷中，黑臭水体和沉积物中总磷TP 质量浓度均为最大。2）加入富里酸后，各形态的磷呈现不同的变化规律，随着富里酸溶液体积的增加，总磷TP 质量浓度、铁磷（Fe-P）质量浓度变化最大，呈现不断增加的趋势，总磷TP 和铁磷Fe-P 的比例均呈现明显增加，两者具有较好的相关性。