- 第一作者：苏命、李薇薇
- 通讯作者：杨敏、吕昌伟
- 通讯单位：中国科学院生态环境研究中心
- 论文DOI：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c00235
图文摘要
成果简介
近日，中国科学院生态环境研究中心杨敏研究员团队在 Environmental Science & Technology期刊发表题为“Effects of Oxygenation Resuspension on DOM Composition and Its Role in Reducing Dissolved Manganese in Drinking Water Reservoirs”的研究论文（DOI: 10.1021/acs.est.5c00235）。
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水源水库中底泥厌氧条件下释放锰离子是供水系统中锰超标的主要原因。通过底泥重悬提升沉积物氧化性可抑制锰释放，但在此过程中对底泥的扰动也有增加锰的释放风险。本研究结合室内模拟与6个水源中的原位调查探究了底泥增氧与扰动下锰形态转化规律，提出风险阈值，进一步明确了底泥重悬技术在水源降锰中应用的边界条件，提升了供水系统中应对锰超标问题的防控应对能力。
引言
水库水源中厌氧状态的底泥在秋季分层现象消失后易产生锰离子的大量释放，是供水系统中锰离子的主要来源。因此，增强底泥氧化性有可能抑制水源锰离子的释放。团队近年来提出一种通过底泥重悬同步实现调光抑藻与颗粒物絮凝除藻的原位控藻技术（Fang etc., Water Res., 2024, DOI: 10.1016/j.watres.2024.122509），已在浙江省多个水库运行中得到了工程验证。前期实践发现水库实施底泥重悬技术后水体中锰离子浓度也有所降低，但相关机制与应用边界条件不清。
为揭示不同氧化状态及扰动条件下沉积物中锰的形态转化规律，在室内模拟了从厌氧到好氧不同溶解氧水平下底泥重悬扰动过程，并选择了6个不同背景锰离子浓度的水源水库开展原位实验，研究底泥重悬对锰离子去除与释放的贡献，初步明确了水源水库中底泥重悬技术除藻降锰的应用边界条件与风险阈值。
图文导读
室内模拟实验研究了不同溶解氧水平（0、2、5、7 mg/L）和扰动操作对水中锰离子浓度的影响。结果显示，锰离子的释放峰值与溶解氧浓度呈显著负相关（R2=0.93, p = 0.034），高溶氧条件下锰离子更易转化为胶体或颗粒态，从而通过沉降被去除。扰动操作进一步促进了锰离子的吸附和絮凝沉降。
通过荧光光谱分析，发现实验体系水体DOM中的陆源性腐殖质组分（C2）和类富里酸组分（C3）与锰离子浓度呈显著负相关（R2=0.57和0.53）。体系注入氧气后DOM发生变化，C2、C3比例有所增加，这些组分中的功能基团（如-COOH和-OH）与锰离子存在吸附络合等作用，促进锰离子沉降，此外，体系中还可能存在具有锰氧化功能的微生物，可能利于锰的生物氧化去除。
研究选择6个不同锰离子浓度（0.2µg/L–407µg/L）的水源水库评估了底泥重悬的除锰效果。结果表明，在5个水库中底泥重悬有效降低了水中锰离子浓度；削减效率与背景锰离子浓度有关，锰离子浓度越低去除效果越明显。F水库由于前期底泥锰离子过高（最高浓度超饮用水标准4倍），重悬难以在短时间内降低锰浓度。据此构建模型，明确了底泥重悬应用边界条件。采用长周期重悬操作以及生物强化等方法有望提升锰离子去除效果，针对底泥中锰离子浓度过高的水库，需进一步明确底泥重悬的最低操作时间。