硫在滨海河道水体黑臭与磷释放过程中的关键驱动机制

Sulfur and phosphorus are important biogenic elements and critical driving factors of black-odor and eutrophication for coastal watershed. In this project,Jiaolaihe River, Yuniaohe River and their estuaries and offshore areas will be selected as the study areas. Sulfur isotope will be used as a tracer to investigate the influence on coastal water/sediment quality by high salinity and organic load pollution inputs from 2 watersheds through 2-3 year continuous investigation. During study, typical pollution data of water bodies, different fractions of sulfur,phosphorus,iron, sulfate-reducing bacteria etc. will be analyzed once a month. Surface sediments at each location and 4 core sediments at representative areas will be collected at the same time. Diffusive gradients in thin-films (DGT) and diffusive equlibration in thin-films (DET) will be used to sulfide, iron and phosphorus in Jiaolai River estuary and whole Yuniao River. Based on the long term continuous investigation, the environmental geochemical processes of sulfur in the continuum of watersheds, estuaries, offshore areas and their influence on coastal water quality evolution (black-odor and eutrophication) will be discussed deeply. Further more, the correlation among sulfur cycle, transfer of iron, reduction function of SRB and phosphorus release also will be further studied. This work is very helpful to coastal water environment management.

硫和磷不但是重要的生源要素，还是造成滨海水体黑臭和富营养化（磷释放）的主要驱动因子。本项目拟以山东半岛北部的胶莱河与鱼鸟河为例，结合硫同位素示踪及梯度薄膜扩散技术，通过对流域-河口-近海体系水体及沉积物（含表层、柱状沉积物和孔隙水）中不同形态硫、铁、磷、盐度、溶解氧、氧化还原电位等持续2-3年的定点监测（每月采样1次），同步研究滨海河道在高盐苦卤排放和高有机负荷输入干扰下，硫在海岸带水体变黑变臭及富营养化（磷释放）过程中的关键驱动机制，并识别硫在小流域及陆海体系下的源/汇关系、时空分布与形态转换、水体/沉积物的界面过程等动态特征，明确硫化物等黑臭物质的形成以及由此伴生的磷酸盐释放等微观机制。同时，在鱼鸟河设置2座水质在线监测站位（潮间带两侧），探寻硫、铁、磷的动态变化机制与滨海水体水质演化的耦合关系。

本项目对主要入海河流、河口、近海体系水体及沉积物的样品进行采集，重点分析了研究区域的水体及沉积物中硫和磷的赋存形态及其空间分布，发现滨海水体的黑臭与水体中的硫化物浓度直接相关，沉积物中的磷释放与其赋存形态密切相关，硫化物的形成能够在一定程度上促进磷的释放,铁在水体黑臭及磷释放等水环境演化过程中发挥着关键作用；对鱼鸟河流域及其河口的上覆水及沉积物孔隙水中的硫、磷及铁的动态扩散机制进行了深入研究，发现河流沉积物中的硫和磷存在明显的正相关，并结合滨海水体黑臭及磷释放过程与机制的研究，同时探索了相关控制技术的研究与应用，从而实现对污染水体或沉积物进行治理与修复；采用项目组搭建的专门用于黑臭水体中挥发性恶臭硫化物富集浓缩的吹扫捕集系统，对鱼鸟河及其河口水体中挥发性有机硫化物的组成、时空分布、形态转化及其来源归趋等环境地球化学过程进行了深入研究，发现滨海黑臭水体恶臭硫化物主要为甲硫醚、甲硫醇、二甲基二硫和羰基硫；对整个渤海及黄海海域和东海部分海域表层沉积物中不同形态还原性无机硫、有机碳、总氮、总硫、活性铁、粒径分布等进行深入研究，发现我国近海表层沉积物中硫的赋存形态主要以铬可还原性硫（CRS）为主，而河口及近海则以酸可挥发性硫（AVS）为主，元素硫在近海中均分布较低（10%左右）；对界河和胶莱河河口沉积物进行取样，重点对有机磷的不同形态进行了深入分析，发现不同沉积物中的有机磷组分变化较大，且与内陆淡水湖泊沉积物中有机磷的组分存在明显区别；采用模拟实验研究了黑臭水体中硫与氮的耦合机制，发现升流式电化学反应器可以实现硝酸盐和硫酸盐的同步脱除，不同N/S比下硝态氮、硫酸盐的去除率显著不同，而且随着N/S比的下降而降低。项目发表论文10篇（SCI 论文7篇，EI论文1篇），申请发明专利7项（获授权3项），出版专著1部。