探究海河流域重污染河流高氨氮形成原因

我國北方河流水資源稟賦不足, 天然徑流逐年減少, 污廢水成為河流主要補(bǔ)給水源, 呈現(xiàn)出典型方面會通過硝化作用消耗水中溶解氧, 使得河流水體處于厭氧或缺氧狀態(tài), 進(jìn)而導(dǎo)致水體黑臭;另方面非離子氨會破壞生物酶水解過程, 對生物體產(chǎn)生毒害作用.非常規(guī)水源補(bǔ)給河流中的氨氮主要來自城市生活污水和工業(yè)廢水及由水土流失和農(nóng)田施肥造成的氮素流失等(李珊珊等, 2013).大量未處理生活污水和生產(chǎn)廢水排入河流水體, 積累了較多氨氮, 相當(dāng)部分蓄積在沉積物中(Morin et al., 1999; Portielje et al., 1999; Cornwell et al., 2011).污補(bǔ)河流在外源氮營養(yǎng)鹽得到控制后, 仍存在內(nèi)源釋放風(fēng)險(xiǎn)(張淑珍等, 2016).當(dāng)河流環(huán)境改變時(shí), 沉積物孔隙水中的氨氮?jiǎng)t通過水-沉積物界面向上覆水釋放, 重新進(jìn)入水體(Dong et al., 2000;王圣瑞等, 2013).其與水體污染程度存在正相關(guān), 同時(shí)受氮營養(yǎng)鹽本底濃度、有機(jī)物濃度、沉積物水界面氮素分布和環(huán)境條件等因素改變而影響沉積物氮循環(huán).因此了解氨氮在沉積物中的分布特征及其轉(zhuǎn)化, 對認(rèn)識河流氨氮生物地球化學(xué)循環(huán)過程尤為重要.

　　海河流域是我國七大流域, 流域氮污染尤為明顯.根據(jù)全國2007年污染源普查數(shù)據(jù), 海河流域氨氮排放總量為6.17×104 t, 其中城鎮(zhèn)居民生活污水排放占52.2%, 工業(yè)和建筑業(yè)污廢水排放占47.6%;子牙河水系排放量高于海河流域其他水系, 占總排放量的33%.子牙河水系81個(gè)水功能區(qū)中, 有33個(gè)的NH3-N超出河流容納能力, 占子牙河水系河流總長的50%(中華人民共和國*, 2010).滏陽河是子牙河水系典型污補(bǔ)河流, 沿途城市污廢水排放量逐年增加, 河流非常規(guī)水源補(bǔ)給占比較高, 多年平均濃度均超過地表水Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 均值高達(dá)24.87 mg·L-1(榮楠等, 2016).沉積物是水體氮素的重要?dú)w宿和來源, 滏陽河沉積物中氨氮平均含量高達(dá)569.1 mg·kg-1, 為維持水-沉積物界面氨氮平衡, 沉積物作為重要的氮素內(nèi)源可能會向水體中釋放氨氮.氨化作用與硝化作用是氮循環(huán)中主要的產(chǎn)氨和耗氨過程;而過量的氮類物質(zhì)進(jìn)入沉積物會影響河流沉積物中氮素的氨化和硝化過程(趙鈺等, 2014;姜霞等, 2009).

　探究海河流域重污染河流高氨氮形成原因

　河流沉積物的氨化和硝化速率主要受有機(jī)質(zhì)、溶解氧和水體氨氮濃度等環(huán)境因子的影響.對丹江口庫區(qū)的研究發(fā)現(xiàn), 氮礦化速率受沉積物含水率和碳氮比影響;通過對長江流域的研究發(fā)現(xiàn), 氮礦化速率與沉積物有機(jī)質(zhì)顯著正相關(guān);通過對美國佐治亞州河流沉積物的潛在硝化速率與沉積物溶解氧和微生物豐度變化相關(guān).目前關(guān)于海河水系沉積物污染問題的研究, 大多集中在外源污染物排放、重金屬和有毒有機(jī)物污染等方面.當(dāng)外源污染物受到控制后, 沉積物中污染物的釋放貢獻(xiàn)則不容忽視.但區(qū)域內(nèi)缺乏高氨氮河流氮素內(nèi)源污染及氮素的生物地球化學(xué)循環(huán)過程的研究, 尤其對非常規(guī)水源補(bǔ)給河流沉積物主要的氮循環(huán)過程氨化和硝化作用尚無系統(tǒng)性研究.本研究對滏陽河不同河段水-沉積物界面氨氮分布特征及沉積物氨化速率和潛在硝化速率進(jìn)行系統(tǒng)分析, 以便為高氨氮污染河流的治理提供科學(xué)依據(jù)及技術(shù)支撐.

　　2 材料與方法研究區(qū)概況

　　滏陽河位于海河流域中部, 屬于子牙河水系南支, 發(fā)源于太行山南麓的邯鄲市峰峰礦區(qū), 流經(jīng)河北省東南部的邯鄲、石家莊、邢臺、衡水和滄州, 全長413 km, 流域面積22814 km2(王金霞, 2004).滏陽河按照所屬行政區(qū)劃主要包括滏陽河邯鄲段、澧河、洨河、*溝、邵村排干、滏陽河衡水段.其中滏陽河邯鄲段主要承接邯鄲及沿途各市縣污水, 澧河主要承接邢臺市的生活生產(chǎn)廢水, 洨河主要接納石家莊市區(qū)生活生產(chǎn)廢水, *溝主要接納石家莊市*開發(fā)區(qū)的制藥工業(yè)廢水, 邵村排干主要承接辛集市制革廢水, 滏陽河衡水段除接納上游排污外, 還承接衡水各市縣的生活生產(chǎn)廢水.歷*, 滏陽河水量充沛, 曾是邯鄲地區(qū)至天津的主要航運(yùn)交通線, 近幾十年由于上游工農(nóng)業(yè)用水急劇增加, 天然徑流逐年減少, 除汛期外時(shí)有斷流發(fā)生.流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來大量污廢水排放, 加上沿途主要接納途徑各市縣的生活污水和各類制藥、皮革、畜禽等重污染企業(yè)廢水成為滏陽河主要補(bǔ)給水源.

探究海河流域重污染河流高氨氮形成原因