一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法技术

本发明专利技术公开了一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，所述方法包括如下步骤：对所选水库采样点原位沉积物进行采集，得到沉积物样品，并采集原位水作为上覆水，对所述沉积物样品表层样品的含水率进行测定，根据所述含水率计算得到沉积物孔隙度Φ

【技术实现步骤摘要】
一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法


[0001]本专利技术涉及一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，属于湖库沉积物水环境防治领域。

技术介绍

[0002]磷是湖库富营养化重要的限制性因子之一(孙清清等,2017；龚梦丹等,2017)，铁、锰和硫是沉积物氧化
‑
还原体系的敏感元素(邹建军等,2010)，而内源性污染是现阶段水源地水库富营养化的主导原因(周瑞媛,2014)。王敬富等(2012)对红枫湖水库的研究表明水库整体处于季节性缺氧或厌氧状态，以NaOH
‑
SRP为主的沉积物磷赋存形态和深水缺氧环境大大增加了红枫湖沉积物内源磷释放的风险，其团队在2016年后续研究表明红枫湖沉积物BAP含量呈现随深度增加而降低的垂向分布特征，在表层沉积物中含量较高，存在较大的磷释放风险，弱吸附态磷(NH4Cl
‑
P)和可还原态磷(BD
‑
P)可能是沉积物生物活性磷最主要的来源(王敬富等,2016)。
[0003]此外，缺氧厌氧环境下水中生成的黑色金属硫化物是水体水质突发性泛黑主要原因之一(申秋实等,2015)，Stahl(1979)在Illinois州的Big Pit露天矿湖发现水体变黑是由于缺氧厌氧环境促生了黑色金属硫化物，Duval等(2001)也发现了类似的现象和规律，我国红枫湖、百花湖中也有类似发现(万国江等,2010；夏品华等,2011)。
[0004]目前对于深水水库表层沉积物内源污染的研究主要集中在定性分析，对具体的化学反应与平衡计算研究不多。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，该方法能够评估沉积物内源物质释放对表层水体水质造成的影响，为深水水库水污染防治提供科学依据。
[0006]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，包括如下步骤：
[0008]对所选水库采样点原位沉积物进行采集，得到沉积物样品，并采集原位水作为上覆水；
[0009]对所述沉积物样品表层样品的含水率进行测定，根据所述含水率计算得到沉积物孔隙度Φ
s
，并测定沉积物样品平板式DGT有效态磷、铁、锰、硫浓度C
DGT
，以及间隙水磷、铁、锰浓度C
Peeper
，其中，DGT为薄膜扩散梯度技术；
[0010]对所述沉积物样品表层样品不同形态磷、铁、锰浓度进行测定，得到沉积物固相浓度C
s
；
[0011]计算沉积物系统受扰动后达到平衡所需的时间T
c
、吸附动力学常数K1、解吸动力学
常数K
‑1；
[0012]将上覆水水温、平板式DGT有效态磷、铁、锰、硫浓度C
DGT
输入软件进行计算，判别沉积物内源物质释放是否会对表层水体水质造成影响。
[0013]在一些实施例中，对所述沉积物样品表层样品的含水率进行测定，根据所述含水率计算得到沉积物孔隙度，包括如下步骤：
[0014]将完成充氮去氧处理后的HR
‑
Peeper垂直插入沉积物中，待HR
‑
Peeper放置24h，将完成充氮去氧处理后的平板式DGT垂直插入沉积物中并放置24h，后将HR
‑
Peeper和平板式DGT同时取出；
[0015]冲洗平板式DGT表面的沉积物残留颗粒，并对所述沉积物表层5cm样品含水率进行测定；
[0016]取所述沉积物样品W0，烘干后，再次称重记为W1，按照下述公式计算单位体积孔隙水所对应的沉积物颗粒质量ρ
c
：
[0017]ρ
c
＝W1/[(W0‑
W1)/ρ
w
][0018]式中，ρ
w
表示水体的平均密度，取值为1.0g/cm3；
[0019]再根据所述ρ
c
计算所述沉积物孔隙度Φ
s
，计算公式如下：
[0020]Φ
s
＝d
p
/(ρ
c
+d
p
)
[0021]式中，d
p
表示沉积物颗粒物密度，取值为2.65g/cm3。
[0022]在一些实施例中，测定沉积物样品平板式DGT有效态磷、铁、锰、硫浓度C
DGT
，包括如下步骤：
[0023]从平板式DGT装置中取出固定膜，用去离子水冲洗固定膜，将所述平板式DGT的固定膜切成数个条状切片，并用碱提取条状切片16h以上，收集提取液，采用邻菲啰啉微孔板分光光度计法测定提取液中铁含量，采用ICP
‑
MS测定提取液中锰含量，采用电脑密度成像计量技术测定提取液中硫含量，采用磷钼蓝微孔板分光光度计法测定提取液中磷含量。
[0024]在一些实施例中，平板式DGT有效态浓度C
DGT
计算公式为：
[0025]M＝C
e
V
e
/f
e
[0026]式中，C
e
为提取液浓度，V
e
为提取液体积，f
e
为提取率；
[0027]C
DGT
＝MΔg/DAt
[0028]式中，M为固定膜中的累积量，Δg为扩散层厚度，D为扩散层扩散系数，如表1所示，A为每个条状切片面积，数值为1cm2，t为DGT装置放置时间。
[0029]在一些实施例中，包括如下步骤：擦拭HR
‑
Peeper表面大量沉积物，待HR
‑
Peeper表面擦拭干净后，将最表面的薄膜揭除，后将其平放于干净台面上，并用干净的保鲜膜覆盖其表面以防止取样过程中的水分蒸发，用移液枪从上至下依次将样品取出装到密封的离心管中，测定得到C
Peeper
。
[0030]采用邻菲啰啉微孔板分光光度计法测定铁含量，采用ICP
‑
MS测定锰含量，采用磷钼蓝微孔板分光光度计法测定磷含量。
[0031]在一些实施例中，不同形态磷浓度测定步骤包括：称取风干后的沉积物样品，加NH4Cl，振荡，离心，得到第一含磷残渣和上清液，取上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到第一含磷上清液，测定第一含磷上清液磷浓度，得到NH4Cl
‑
P弱结合态磷；
[0032]在第一含磷残渣中加入饱和NaCl溶液，洗涤后，加入NaHCO3/Na2S2O4，振荡，离心，
得到第二含磷残渣和上清液，取上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到第二含磷上清液，测定第二含磷上清液磷浓度，得到BD
‑
P铁结合态磷；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，其特征在于，包括如下步骤：对所选水库采样点原位沉积物进行采集，得到沉积物样品，并采集原位水作为上覆水；对所述沉积物样品表层样品的含水率进行测定，根据所述含水率计算得到沉积物孔隙度Φ
s
，并测定沉积物样品平板式DGT有效态磷、铁、锰、硫浓度C
DGT
，以及间隙水磷、铁、锰浓度C
Peeper
，其中，DGT为薄膜扩散梯度技术；对所述沉积物样品表层样品不同形态磷、铁、锰浓度进行测定，得到沉积物固相浓度C
s
；计算沉积物系统受扰动后达到平衡所需的时间T
c
、吸附动力学常数K1、解吸动力学常数K
‑1；将上覆水水温、平板式DGT有效态磷、铁、锰、硫浓度C
DGT
输入软件进行计算，判别沉积物内源物质释放是否会对表层水体水质造成影响。2.根据权利要求1所述的一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，其特征在于，对所述沉积物样品表层样品的含水率进行测定，根据所述含水率计算得到沉积物孔隙度，包括如下步骤：将完成充氮去氧处理后的HR
‑
Peeper垂直插入沉积物中，待HR
‑
Peeper放置24h，将完成充氮去氧处理后的平板式DGT垂直插入沉积物中并放置24h，后将HR
‑
Peeper和平板式DGT同时取出；冲洗平板式DGT表面的沉积物残留颗粒，并对所述沉积物表层5cm样品含水率进行测定；取所述沉积物样品W0，烘干后，再次称重记为W1，按照下述公式计算单位体积孔隙水所对应的沉积物颗粒质量ρ
c
：ρ
c
＝W1/[(W0‑
W1)/ρ
w
]式中，ρ
w
表示水体的平均密度，取值为1.0g/cm3；再根据所述ρ
c
计算所述沉积物孔隙度Φ
s
，计算公式如下：Φ
s
＝d
p
/(ρ
c
+d
p
)式中，d
p
表示沉积物颗粒物密度，取值为2.65g/cm3。3.根据权利要求2所述的一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，其特征在于，测定沉积物样品平板式DGT有效态磷、铁、锰、硫浓度C
DGT
，包括如下步骤：从平板式DGT装置中取出固定膜，用去离子水冲洗固定膜，将所述平板式DGT的固定膜切成数个条状切片，并用碱提取条状切片16h以上，收集提取液，采用邻菲啰啉微孔板分光光度计法测定提取液中铁含量，采用ICP
‑
MS测定提取液中锰含量，采用电脑密度成像计量(CID)技术测定提取液中硫含量，采用磷钼蓝微孔板分光光度计法测定提取液中磷含量。4.根据权利要求3所述的一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，其特征在于，平板式DGT有效态浓度C
DGT
计算公式为：M＝C
e
V
e
/f
e
式中，C
e
为提取液浓度，V
e
为提取液体积，f
e
为提取率；C
DGT
＝MΔg/DAt式中，M为固定膜中的累积量，Δg为扩散层厚度，D为扩散层扩散系数，如表1所示，A为
每个条状切片面积，数值为1cm2，t为DGT装置放置时间。5.根据权利要求2所述的一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，其特征在于，测定间隙水磷、铁、锰浓度C
Peeper
，包括如下步骤：擦拭HR
‑
Peeper表面大量沉积物，待HR
‑
Peeper表面擦拭干净后，将最表面的薄膜揭除，后将其平放于干净台面上，并用干净的保鲜膜覆盖其表面以防止取样过程中的水分蒸发，用移液枪从上至下依次将样品取出装到密封的离心管中，测定得到C
Peeper
；采用邻菲啰啉微孔板分光光度计法测定铁含量，采用ICP
‑
MS测定锰含量，采用磷钼蓝微孔板分光光度计法测定磷含量。6.根据权利要求1所述的一种深水水库表层沉积物磷、铁、锰、硫化学反应与平衡计算方法，其特征在于，不同形态磷浓度测定步骤包括：称取风干后的沉积物样品，加NH4Cl，振荡，离心，得到第一含磷残渣和上清液，取上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到第一含磷上清液，测定第一含磷上清液磷浓度，得到NH4Cl
‑
P弱结合态磷；在第一含磷残渣中加入饱和NaCl溶液，洗涤后，加入NaHCO3/Na2S2O4，振荡，离心，得到第二含磷残渣和上清液，取上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到第二含磷上清液，测定第二含磷上清液磷浓度，得到BD
‑
P铁结合态磷；在第二含磷残渣中加入饱和NaCl溶液，洗涤后，加入NaOH，振荡，离心，得到第三含磷残渣和上清液，取上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到第三含磷上清液，测定第三含磷上清液磷浓度，得到NaOH
‑
rP铝结合态磷；在第三含磷残渣中加入饱和NaCl溶液，洗涤后，40℃烘干，加入HCl，振荡，离心，得到第四含磷残渣和上清液，取上清液过0.45μm玻璃纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一平，魏尧，朱雅，刘斯璇，陈宇，王璨，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：