泥沙對氮氨污染物的影響研究

楊艷慧 崔繼成 羅浩東

摘 要：作為全球高含沙量的國家，我國河流的泥沙問題備受關(guān)注。泥沙通過吸附、解吸作用以及運動形態(tài)對水環(huán)境產(chǎn)生相互作用，其中氨氮是水質(zhì)監(jiān)測的一項重要指標(biāo)。鑒于此，文章主要從泥沙含量、泥沙粒徑和泥沙攪拌狀態(tài)對水體氨氮污染物的影響做出概述，從而對氨氮污染物處理和城市凈化水工藝的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：泥沙；氨氮污染物；吸附解吸；水環(huán)境

概述

作為水體污染物的重要載體，泥沙自身也是水體污染物的一種，其遷移轉(zhuǎn)化不僅會影響水體污染物的分布，而且會影響水生生態(tài)系統(tǒng)。河流泥沙對水體污染物的作用具有兩重性：吸附和解吸。吸附作用分為與泥沙表面積相關(guān)的物理吸附和受泥沙所含活性物質(zhì)影響的化學(xué)吸附。被吸附后的污染物與泥沙隨時間而落淤，水體污染物含量降低，從而水體得到凈化。有些泥沙表面含有的活性物質(zhì)會與污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到降解水體污染物的效果，更從根本上減少了水體污染物含量。而解吸作用常常發(fā)生在動力或化學(xué)條件下變化了的水環(huán)境中，此時的污染物可能會隨著流速的改變而被再次沖刷進(jìn)入水體，從吸附態(tài)轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)，從而造成水體的二次污染。因此，河流泥沙對水體中污染物的影響具有重要研究意義，文章以氨氮含量為研究對象，闡述泥沙與氨氮含量的關(guān)系。

許多國外的學(xué)者們在泥沙對氨氮的轉(zhuǎn)化和降解方面都有所研究，大多以定性分析為主，定量分析的較少。由于水環(huán)境的條件復(fù)雜，氨氮含量的影響因素頗多，文章主要從泥沙含量、泥沙粒徑和泥沙攪拌狀態(tài)方面對水體氨氮含量的影響做出概述。

泥沙對氨氮污染物的影響

2. 泥沙含量對水體中氨氮的影響

由于泥沙外部吸附著多種微生物和硝化細(xì)菌等，有利于降解水體中的氨、氮。[1]夏星輝、余暉等[2]通過實驗法測量不同泥沙含量中氨氮的變化，探討其對水體硝化作用的影響。結(jié)果表明，含沙量一定時，氨氮進(jìn)行硝化的速率與泥沙含量成正相關(guān)。張學(xué)青，夏星輝等[3]還研究了泥沙顆粒對有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化。研究表明，含沙量的增加有利于有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化，起到了促進(jìn)作用。鄭泉[4]通過對黃河蘭州段實踐試驗了不同泥沙含量對氨氮降解效率的影響。結(jié)果顯示，在高含沙水體中，氨氮濃度一開始的降解速度就比較快，這與含沙水體中硝化細(xì)菌的基數(shù)大、顆粒物能提供更多的微界面[4]以及泥沙顆粒物所能提供的碳源多少有很大關(guān)系。但泥沙含量的不斷增加，會使其吸附能力降低，泥沙表面的氨氮污染物會再次遷移到水體中，不利于氨氮的降解。造成這種現(xiàn)象的原因可能有：①隨含沙量的增加，固相吸附位增多，使得單位固體顆粒物的吸附量減少；②顆粒的聚合作用如絮凝越強(qiáng)，則可利用的吸附位越少；③含沙量增加，提高了顆粒間的碰撞幾率，使得吸附質(zhì)從泥沙顆粒表面解吸出來的速率增加，進(jìn)而引起吸附量減少。[5]

2. 泥沙粒徑對水體中氨氮的影響

泥沙粒徑對污染物與其結(jié)合起著關(guān)鍵作用。污染物的吸附作用與泥沙粒徑相關(guān)。若將泥沙顆?？醋饕粋€球體，其比表面積和半徑成反比[6]，隨著泥沙粒徑的減小，表面附著的活性成分增多，如微生物和硝化細(xì)菌，增強(qiáng)了其物理吸附強(qiáng)度，其與污染物接觸面也增大，促進(jìn)了化學(xué)吸附作用，降低了水體中氨氮含量。易朝路[7]通過研究長江中下游底泥發(fā)現(xiàn)，當(dāng)泥沙顆粒粒徑小至粘土級時，會在吸附的氨氮表面形成一層吸附膜，大大降低了氨氮污染物的含量；王而力等[8]對遼海沉積物吸附進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，粒徑較小的粘粒和粉粒對氨氮的最大吸附量可達(dá)較粗泥沙的3倍之多；黃歲梁[9]等在不同粒徑泥沙吸附重金屬污染物靜態(tài)試驗研究中也得出：粗顆粒泥沙的吸附能力弱，細(xì)顆粒泥沙則相反的結(jié)論。

2.3 泥沙攪拌狀態(tài)對水體中氨氮的影響

水體中泥沙的分布狀態(tài)可分為靜止，半懸浮和完全懸浮三種。鄭泉在試驗中分別測量這三種狀態(tài)水體中氨氮濃度，進(jìn)行泥沙存在狀態(tài)對氨氮影響的研究。結(jié)果表明，處于懸浮狀態(tài)的泥沙對硝化作用有顯著的促進(jìn)作用。張麗萍等[10]在考察不同假定攪拌狀態(tài)的沼澤和湖泊底泥時發(fā)現(xiàn)在底泥的攪拌過程中，無形中增加了氨氮的硝化反應(yīng)，這說明攪拌條件增加了活性成分與氨氮污染物的接觸機(jī)會，有利于水體的凈化。

3 小結(jié)

近年來，泥沙一直是水環(huán)境研究領(lǐng)域的熱點，泥沙通過顆粒對污染物的吸附與解吸作用來改變水體條件。泥沙對水質(zhì)的影響不僅受到泥沙含量、粒徑、運動狀態(tài)等自身因素，而且還受到外界的其它因素的影響。因此，展開泥沙對水環(huán)境影響的研究具有至關(guān)重要的意義。這不僅能夠揭示污染物在水體中的轉(zhuǎn)化機(jī)理，評價水質(zhì)及水體凈化能力，還能夠為控制水體污染、水環(huán)境管理與規(guī)劃等工作提供有利參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]底瑛棠.河流泥沙對水環(huán)境的作用研究概述[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（26）：138-139.

[2]夏明輝，余暉，張學(xué)青.黃河水體顆粒物對硝化過程的影響研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2004，24（4）：601-606.

[3]張學(xué)青，夏星輝，楊志峰.水體顆粒物對有機(jī)氮轉(zhuǎn)化的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2007，28（9）：1954-1959.

[4]鄭泉.泥沙含量對黃河蘭州段氨氮降解過程和水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果影響的試驗研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2011.

[5]暴維英，曾令慶，高宏黃河泥沙對有毒有機(jī)物吸附特性的研究[J].人民黃河，1996，（7）：21-22.

[6]王穎超.黃河蘭州段懸移質(zhì)泥沙對氨氮的吸附解吸特性研究[D].蘭州交通大學(xué)，2014.

[7]易朝路.長江中下游靜態(tài)水體污染后底泥吸附方式與內(nèi)源污染治理[J].水資源保護(hù)，2002，（3）：24-26.

[8]王而力，王雅迪，王嗣淇.西遼河不同粒級沉積物的氨氮吸附-解吸特征.環(huán)境科學(xué)研究，2012，25（9）：1016-1022.

[9]黃歲梁，萬兆惠，王蘭香.不同粒徑泥沙解吸重金屬污染物靜態(tài)試驗研究[J].水動力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯），1995（02）：204-213.

[10]張麗萍，袁文權(quán)，張錫輝.底泥污染物釋放動力學(xué)研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)和設(shè)備，2003，4（2）：22-26.

作者簡介：楊艷慧（1996-），女，本科，學(xué)生，主要從事水環(huán)境保護(hù)等方面的研究。