环境因子对水库沉积物铁-锰释放的影响分析

《资源节约与环保》2014年第9期科技论文与案例交流科技论文与案例交流摘要：在实验室模拟条件下，模拟了溶解氧、温度等环境因子对水库沉积物铁、锰释放的影响，结果表明厌氧环境能够促进铁、锰的释放，而好氧则会在一定程度上抑制铁、锰的释放；温度对水库铁、锰的释放也具有显著影响，通过升高温度能够促进铁、锰的释放。关键词：环境因子；铁；锰；释放铁、锰均是地表水环境中的氧化还原敏感性元素，在部分环境因子的作用下，铁锰元素可能会从水库沉积物中释放到上覆水体，给覆水体的化学组成带来一定的影响，导致水体的二次污染，因而研究环境因子对水库沉积物铁、锰释放的影响具有重要的现实意义。1供试土样本次研究中选取的是青岛某重要的供水水库的沉积物，该水库水质终年状况基本良好，然而存在铁锰短期超标现象。研究者取出沉积物后，将其装入聚乙烯封口袋，在自然环境下把这些新鲜泥样给予风干、筛分处理，然而选择其中的一部分实施理化性质测定。实验所用沉积物样品的基本理化主要包括:TP质量比大小是1052.416mg/kg，铁和锰的质量比大小分别为23958.861mg/kg与1483.362mg/kg，含水率大小为69.395%，烧失量大小为6.927%。2实验方法及过程2.1取出20g已经混合均匀的样品，将其放置到锥形瓶中，大小为250mL，然后加入200毫升的蒸馏水，每组分别设置2个平行样品。同时为了防止日光影响，还应当用黑色塑料袋牢牢包裹住锥形瓶。2.2DO控制。其中好氧状态的条件为：研究者把充气管放置到上层水上，然后启动充气泵充入一定的空气，以便保证上层水能够一直处于好氧状态，也就是ρ(DO)在6.5mg/L以上。同时，缺氧状态的条件为：不定期开动充气泵向其中的上层水充入适量的空气，以确保使上层水ρ(DO)能够始终保持在2mg/L～4mg/L的范围内；厌氧状态的条件为：研究者以高纯氮气来充当充入气体，待充气30分钟后则利用橡胶塞进行密封处理，需要注意的是，整个过程中ρ(DO)均应当始终保持在1mg/L以下。2.3温度调节。研究者把模拟装置置入到恒温水浴锅或者冰箱之中，注意将实验样品的温度大小设置到25℃和4℃。2.4本次研究中，培养实验共进行8d，根据一定时间间隔取样进行观察。等到完成水样采集后，研究人员需要马上用0.45μm大小的混合膜过滤，并且放置到聚乙烯塑料瓶中，然后在其中加入浓硝酸酸化，待测。3结果分析3.1DO浓度大小对中铁、锰释放的所带来的影响研究发现，在释放前期，随着时间的不断增加，铁和锰的质量浓度开始表现出越来越高的趋势，不过铁和锰两种物质在质量浓度变化规律方面并不完全一致。其中锰的质量浓度在初期就表现出了显著上升的特点，等到第5d时到达一个峰值，也就是6.01mg/L，超标达到了60.0倍。和其相比，铁在释放初期质量浓度上升的速率明显要低于锰，且在峰值上也慢于锰，到第6d其质量浓度才达到最大值，即0.48mg/L，超标达到了1.6倍。考虑到样品中DO、MnOx以及Fe2O3等物质依次当作了有机质降解时的氧化剂，因而从氧化电位方面来说，锰要显著高于铁，基于此，锰氧化物和铁氧化物相比会优先当作有机质分解的氧化剂，进而发生还原进入水体，这就是为什么锰和铁相比，不仅会较早就开始释放同时其浓度也会比铁先达到峰值。3.2温度环境对底泥铁、锰释放造成的影响在4℃环境下，铁的最大释放质量浓度可以达到0.13mg/L大小，而锰则仅为0.10mg/L，不过此时两者均没有超标。而在25℃环境下，铁的最大释放质量浓度可以达到0.49mg/L大小，而锰则为6.01mg/L，分别为4℃环境下的3.8倍以及60.0倍，这也提示了温度对该沉积物中铁和锰的释放存在着非常显著的影响。原因主要有两个，一是温度升高过程中，微生物的活性也会逐渐增强，从而导致样品中无论是有机质的分解，还是铁、锰氧化物的还原速率都会出现明显的增大。二是温度升高不仅可以起到加速化学反应的速率的作用，同时也能够提升可溶性铁以及锰向水相迁移的速率，进而会导致铁和锰向上覆水体释放的加速。这种现象也解释了为什么在不同的季节之间，水库沉积物中的铁和锰释放强度会存在一定的差异。4结语综上所述，我们可以得知在厌氧环境下能够促进铁、锰迅速释放，而处于好氧环境下则会在一定程度上抑制铁的二者的释放，同时因为铁和锰相比，其氧化还原电位相对比较低，所以无论是是在释放方面还是达到释放最大值的时间方面，铁均要晚于锰。当处于25℃时上覆水中时，可溶性铁的质量浓度是4℃时的3.8倍，锰则为60.0倍，并且铁、锰向上覆水体释放还会随着温度的不断增加而越来越快，因为在夏季时，水库中的铁、锰更容易发生超标。参考文献[1]刘恩峰,沈吉,杨丽原,朱育新,孙庆义,王建军.南四湖及主要入湖河流表层沉积物重金属形态组成及污染研究[J].环境科学,2007(06)