贵阳市“两湖一库”水-沉积物界面汞甲基化及汞释放的机理研究

贵阳市"两湖一库"即贵阳市红枫湖、百花湖、阿哈水库的简称，因水质不断恶化，给贵阳市饮水拉响安全警报，引起中央等各级领导重视。"两湖一库"都受到不同程度的汞污染。尤其在百花湖，尽管有机化工厂汞法生产醋酸的生产线已停产多年，其中下层水中甲基汞污染仍然严重。关于沉积物-水界面汞甲基化及汞释放机制，很多问题还不清楚，尤其在淡水湖泊，相关研究还很缺乏。本项目拟通过对"两湖一库"水-沉积物界面不同汞形态分布规律，以及氧化还原边界迁移模式、铁锰硫元素循环、有机质降解等影响因素的研究，并结合原状沉积物柱的室内培育及沉积物中还原性微生物的室内培养、计数及控制研究，探讨铁、锰污染沉积物中铁还原菌和汞甲基化的关系，估算"两湖一库"尤其曾被汞严重污染的百花湖沉积物汞、甲基汞的释放通量及对上覆水体的影响程度，探明影响水-沉积物界面汞甲基化及汞释放的关键控制因子，为正在开展的"两湖一库"污染治理提供科学指导。

贵阳市“两湖一库”是贵州省贵阳市近郊红枫湖、百花湖、阿哈水库的简称，为贵阳市市民的主要饮用水源，由于遭受到各种污染，水质不断恶化。本研究估算了“两湖一库”甲基汞向上覆水体的释放通量，弄清了影响“两湖一库”水-沉积物界面汞甲基化及汞释放的主要控制因子，为“两湖一库”污染治理提供了依据。主要研究结论有：. (1)各水库总甲基汞季节变化明显，夏季底层水体甲基汞明显升高，尤其在阿哈湖和百花湖，夏季底层水总甲基汞分别达到3.09ng/L和6.8ng/L，远高于地表水甲基汞标准（1ng/L）。不同湖泊沉积物甲基汞存在不同的季节变化趋势：在红枫湖和百花湖，夏季沉积物甲基汞明显高于冬季，而在阿哈湖，夏季沉积物甲基汞明显低于冬季。.(2) 水体溶解态甲基汞、孔隙水中甲基汞分别和水体总甲基汞及沉积物总甲基化存在极显著相关性（湖水：r = 0.85, p<0.001； 沉积物： r=0.66, p<0.001）。在阿哈湖的水-孔隙水剖面上，甲基汞富集层位随冬夏季节变化从沉积物次表层迁移到上覆水体中。但在红枫湖，水-孔隙水剖面上甲基汞的富集层位却没有随季节而变迁，即使在夏季都总是位于沉积物表层。各水库的水-沉积物释放通量计算表明，红枫湖沉积物-水界面的扩散通量较大，尤其在夏季，达到49.7 ng/m2.d。而在百花湖和阿哈湖沉积物-水界面扩散通量都很小，尤其在夏季，沉积物-水界面扩散通量出现负值，表明水体存在远高于沉积物汞的甲基化率。.(3) 红枫湖和阿哈水库水-沉积物剖面上甲基汞富集层位的明显差异与硫循环密切相关。由于阿哈湖受到酸性矿山废水污染，硫酸根含量异常，随着夏季水体下层缺氧条件的发展，水体下层硫酸盐还原增强，促进了汞的甲基化；而沉积物表层和界面处由于硫酸盐还原过于强烈，大量的硫离子累积，和汞结合生成不能为微生物利用的硫汞化合物，从而阻止了汞的甲基化，使得水-沉积物剖面上溶解态甲基汞的峰值从沉积物表层迁移到了下层水体中。在红枫湖由于水体较低的硫酸根还原率，降低了甲基汞产生速度；在沉积物表层，恰到好处的硫酸盐还原率，促进了汞的甲基化，出现明显的甲基汞富集层位。.(4) 各水库所有样本数据相关性分析表明，水体溶解态甲基汞与硫酸盐还原菌存在显著相关性，而和铁还原菌相关性不明显，表明水体汞甲基化主要受硫酸盐还原菌限制。.（5）室内模拟实验表明，厌氧条件和微生物都利于汞的甲基