镧改性沸石对太湖底泥-水系统中磷的固定作用

考察了不同反应时间、pH值、硅酸根离子浓度、DO浓度、老化时间以及初始磷浓度等条件下一种新型底泥改良剂-镧改性沸石对太湖底泥-水系统中磷的固定作用.当水中磷浓度很低时,太湖底泥和镧改性沸石改良太湖底泥均释放出磷.镧改性沸石改良太湖底泥的释磷量少于太湖底泥.镧改性沸石改良太湖底泥中金属氧化物结合态磷(NaOH-P)和钙结合态磷(HCl-P)等较为稳定形态磷含量多于太湖底泥,而镧改性沸石改良太湖底泥中氧化还原敏感态磷(BD-P)这种不稳定形态磷含量少于太湖底泥.太湖底泥和镧改性沸石改良太湖底泥对水中较高浓度磷酸盐的吸附平衡数据均可以采用Langmuir等温吸附模型加以描述.镧改性沸石改良太湖底泥对水中磷酸盐的吸附能力明显高于太湖底泥,且吸附能力随老化时间的增加而降低.被镧改性沸石所吸附的磷酸盐主要以NaOH-P和HCl-P等较为稳定形态磷存在,不容易被重新释放出来.上述结果表明,采用镧改性沸石对太湖底泥进行原位改良可以增强太湖底泥对磷的固定能力,减少太湖底泥磷的释放.     

铝和锆改性沸石对太湖底泥-水系统中溶解性磷酸盐的固定作用

通过试验方法考察了2种不同底泥改良剂(铝和锆改性沸石)对太湖底泥-水系统中SRP(可溶解性磷酸盐)的固定作用. 改性沸石改良前后太湖底泥对水中较高浓度磷的吸附平衡数据可用Langmuir和Freundlich等温吸附方程进行描述,吸附动力学过程可用准二级动力学模型进行描述. 太湖底泥、铝和锆改性沸石改良太湖底泥的最大磷吸附量分别为395、613和1 009 mg/kg. 被改良太湖底泥中,铝改性沸石所吸附的磷主要以NaOH-rP(NaOH提取态磷)形态存在,锆改性沸石所吸附的磷主要以NaOH-rP和Res-P(残渣态磷)形态存在. 当水中初始ρ(SRP)很低时,太湖底泥和改性沸石改良太湖底泥均释放出磷,其中后者的释磷量较低. 改性沸石改良太湖底泥中的w(BAP)(BAP为生物有效磷)低于太湖底泥,w(liable-P)(liable-P为弱吸附态磷)也明显偏低. 铝改性沸石改良太湖底泥中的w(BD-P)(BD-P为氧化还原敏感态磷)与太湖底泥相比差异不显著,而锆改性沸石改良太湖底泥中的w(BD-P)明显低于太湖底泥. 可见,铝和锆改性沸石均可用于控制太湖底泥磷的释放,其中锆改性沸石的控制效果更好.      

四氧化三铁改性沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附作用

研究了四氧化三铁(Fe_3O_4)改性沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附特征,并通过形态分级提取法研究了改良底泥中Fe_3O_4改性沸石吸附磷后的形态分布特征.结果表明,与准一级和准二级动力学模型相比,Elovich模型更适合用于描述未改良和改良底泥对水中磷酸盐的吸附动力学过程.未改良和改良底泥对水中磷酸盐的等温吸附实验数据可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevic模型进行描述.未改良和改良底泥对水中磷酸盐的吸附能力随着pH值的增加而下降,且水中共存的阳离子会促进底泥对磷酸盐的吸附,促进作用的大小排序为Ca~(2+) Mg~(2+) K~+,而水中共存的HCO_3~-会抑制底泥对磷酸盐的吸附.未改良和改良底泥吸附水中磷酸盐的机制包括静电吸引作用和配位体交换作用,而改良底泥中Fe_3O_4改性沸石则主要依靠配位体交换作用吸附去除水中的磷酸盐.改良底泥对水中磷酸盐的吸附能力明显优于未改良底泥,并且前者的磷释放风险低于后者.改良底泥中Fe_3O_4改性沸石吸附磷酸盐后将近49. 4%的磷会以潜在可移动态磷形式存在,需要及时采用外加磁场作用将Fe_3O_4改性沸石从底泥中移出,以消除Fe_3O_4改性沸石上磷发生再次释放的风险.以上的研究结果初步显示,Fe_3O_4改性沸石适合作为一种底泥改良剂用于河道内源磷释放的控制.     

镧改性沸石活性覆盖控制重污染河道底泥溶解性磷酸盐和铵释放研究

通过实验考察了镧改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附性能,并探讨了低溶解氧情况下镧改性沸石覆盖控制底泥溶解性磷酸盐和铵态氮释放的效率.镧改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学过程满足准二级动力学模型.镧改性沸石对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir等温吸附方程加以描述,对水中铵的吸附平衡数据可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温吸附方程加以描述.当pH 7时,镧改性沸石吸附水中磷酸盐的机制包括配位体交换、路易斯酸碱反应和静电吸引,吸附水中铵的机制是阳离子交换.镧改性沸石覆盖不仅可以有效地控制溶解性磷酸盐从底泥向上覆水的释放,而且可以明显降低铵态氮从底泥向上覆水迁移的速率.镧改性沸石覆盖量越多,控制底泥铵态氮释放的效果越好.镧改性沸石覆盖层吸附从底泥中释放出来的溶解性磷酸盐后主要以较为稳定的形态存在,低溶解氧情况下不容易重新释放出来.上述结果表明,镧改性沸石适合作为一种覆盖材料用于控制低溶解氧情况下溶解性磷酸盐和铵态氮从底泥向上覆水的释放.     

锆负载颗粒沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附行为

通过批量吸附实验考察了锆负载颗粒沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附特征,并采用分级提取法分析了被改良底泥中锆负载颗粒沸石所吸附磷酸盐的形态分布特征.结果发现,与Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型相比,Langmuir模型可以更好地用于描述改良底泥对水中磷酸盐的吸附等温行为.改良底泥对水中磷酸盐的吸附动力学过程可以较好地采用准二级动力学模型和Elovich模型加以描述,膜扩散和颗粒内扩散共同构成了缓慢吸附阶段速率的限制步骤.溶液共存的SO_4~(2-)和HCO_3~-降低了改良底泥对水中磷酸盐的吸附,而共存的Na~+、K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)却增强了对磷酸盐的吸附,且Ca~(2+)的增强效果大于Mg~(2+),后者的增强效果又大于Na~+和K~+.改良底泥对水中磷酸盐的吸附能力明显强于未改良底泥,前者的最大单位吸附量为336 mg·kg~(-1),明显高于后者的最大单位吸附量(215 mg·kg~(-1)).被改良底泥中锆负载颗粒沸石所吸附的磷酸盐主要以较为稳定的NaOH-P和最为稳定的Res-P形态存在,不容易被重新释放出来.上述的研究结果显示,向底泥中添加锆负载颗粒沸石可以显著增加底泥对水中磷酸盐的吸附能力,锆负载颗粒沸石是一种有希望的可以用于底泥内源磷释放控制的底泥改良剂.     

镧改性净水污泥水热炭对水体中磷的吸附特性及底泥内源磷的固定

以净水污泥和氯化镧为原料,通过一步水热炭化同时负载镧,制备了镧改性净水污泥水热炭.采用SEM-EDS、 BET、 FTIR、 XRD和XPS对材料进行表征,考察溶液初始pH、吸附时间、吸附等温线和吸附动力学等,研究其对水体磷酸盐的吸附特性.结果表明,制备的材料相比净水污泥原泥,比表面积和孔容孔径有明显提高,磷吸附量大幅提升.吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir模型拟合对磷的最大吸附量达到72.69 mg·g^-1.主要吸附机制为静电引力和配体交换.镧改性净水污泥水热炭添加入底泥,可以有效控制底泥内源磷向上覆水的释放.分析底泥磷形态,水热炭的添加促使底泥中不稳定的NH₄Cl-P、 BD-P和Org-P向非常稳定的HCl-P转变,降低了底泥中潜在活性磷含量,同时也大幅降低了底泥中生物有效磷含量.说明镧改性净水污泥水热炭可以有效吸附去除水体磷酸盐,同时也可作为底泥改良材料,有效稳定底泥内源磷,控制水体磷含量.     

锆、镧和镧锆改性沸石添加控制底泥磷释放的对比

本研究采用镧和锆作为改性剂制备了3种不同类型的改性沸石,即锆改性沸石(Zr MZ)、镧改性沸石(La MZ)和镧锆改性沸石(La Zr MZ),对比考察了其对水中磷酸盐的吸附作用,并对比研究了其添加对上覆水、间隙水和底泥中磷的影响.结果发现,3种改性沸石均可有效地吸附水中的磷酸盐,且La Zr MZ对水中磷酸盐的吸附性能明显优于La MZ和Zr MZ. 3种改性沸石添加均可有效地降低上覆水和间隙水中SRP的浓度.La MZ对底泥中潜在活性磷的钝化效果优于La Zr MZ,而后者又优于Zr MZ. 3种改性沸石添加均可以降低底泥中水溶性磷(WSP)、藻类可利用磷(AA-P)和铁氧化物-滤纸提取磷(Fe O-P)的含量,WSP和AA-P削减效应的排序为:La MZ La Zr MZ Zr MZ,Fe O-P削减效应的排序为:La Zr MZ Zr MZ La MZ. La Zr MZ和La MZ添加均可以降低底泥中易解吸磷(RDP)的含量,且削减效应的排序为:La MZ La Zr MZ. La Zr MZ和Zr MZ添加均可以降低底泥中Na HCO_3提取磷(Olsen-P)的含量,且削减效应的排序为:La Zr MZ Zr MZ.以上结果显示,镧、锆和镧锆改性沸石均可以有效控制水体内源磷向上覆水的释放;从吸附容量和生物可利性磷钝化效果看,镧锆联合改性沸石是一种非常有希望的用于控制水体内源磷释放的底泥改良材料.     

锆改性高岭土原位改良技术控制重污染河道底泥磷释放效果

采用锆对高岭土进行改性,通过批量吸附实验考察了锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附性能,并通过底泥培养实验考察了锆改性高岭土原位改良技术对底泥磷释放的控制效果.结果表明,锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附能力随改性所用锆投加量的增加而增加.在制备锆改性高岭土过程中,溶液沉淀p H值由8增加到10时,锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附能力增加;沉淀p H值由10增加到11时,锆改性高岭土对磷的吸附能力基本不变;沉淀p H值由11增加到12时,锆改性高岭土的吸磷能力则下降.沉淀p H值为10时制备得到的锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir模型加以描述.大部分被锆改性高岭土中锆所吸附的磷酸盐(84%左右)主要以Na OH提取态磷(Na OH-P)和残渣态磷(Res-P)形态存在,低溶解氧情况下不容易被重新释放出来,同时重污染河道底泥会释放出大量的溶解性磷酸盐进入上覆水体;向重污染河道底泥中添加锆改性高岭土可以极大地削减底泥中磷向上覆水体迁移的通量.采用锆改性高岭土对底泥进行改良不仅增强了底泥对水中磷的吸附能力,而且降低了底泥的磷吸附-解吸平衡浓度(EPC0).因此,应用锆改性高岭土作为底泥改良剂可以有效控制重污染河道底泥磷释放.     

锆改性沸石添加对重污染河道底泥磷释放和钝化的影响

通过模拟实验并结合磷形态分级提取和生物有效磷提取,考察了锆改性沸石添加对重污染河道底泥磷释放和钝化的影响.结果发现,锆改性沸石添加不仅会降低间隙水中磷的浓度,而且也会降低底泥-水界面磷扩散通量,从而降低了底泥中磷向覆水体的释放风险.锆改性沸石添加会促使底泥中弱吸附态磷(NH_4Cl-P)、氧化还原敏感态磷(BD-P)和盐酸提取态磷(HCl-P)向金属氧化物结合态磷(NaOH-r P)和残渣态磷(Res-P)转变,而底泥中NH_4Cl-P和BD-P这2种容易释放态磷的降低有助于减少底泥中磷释放的风险.此外,锆改性沸石添加降低了底泥中了WSP(水溶性磷)、RDP(易解吸磷)、FeO-P(铁氧化物-滤纸提取磷)和Resin-P(阴离子交换树脂提取磷)这4种生物有效磷含量.锆改性沸石添加控制底泥磷释放的机制为:锆改性沸石添加,一方面可以钝化底泥中潜在可移动态磷和生物有效磷,达到减少底泥中磷向间隙水中释放的目的,另一方面可以通过锆改性沸石的吸附作用直接去除间隙水中的磷;而间隙水中磷浓度的降低,会降低间隙水和上覆水之间磷的浓度梯度,进而降低了底泥-水界面磷扩散通量.以上的结果显示,锆改性沸石是一种有希望的可以钝化河道底泥中磷并控制其向上覆水体释放的改良剂.     

静止和水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响

通过底泥培养实验,并采用磷形态分级提取方法对底泥进行分析,研究了静止和水动力扰动这2种状态下锆改性沸石添加对不同深度处底泥中磷迁移和形态转化的影响。结果表明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均不仅降低了上覆水中溶解态活性磷(SRP)质量浓度,而且降低了不同深度处间隙水中SRP的质量浓度,并且还降低了底泥-上覆水界面SRP扩散通量。此外,当不存在和存在水动力扰动作用时,向表层底泥(0~10mm)中添加锆改性沸石,不仅促使添加层中氧化还原敏感态磷(BD-P)和盐酸提取态磷(HCl-P)向金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)和残渣态磷(Res-P)极大转变,降低了添加层中潜在可移动态磷(Mobile-P)含量,而且还降低了添加层下方底泥(10~20mm)中Mobile-P含量。与静止状态相比,水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响规律存在一定的差异。水动力扰动虽然可以增强锆改性沸石添加对表层底泥间隙水中SRP的钝化效果,以及对底泥-上覆水界面SRP扩散通量的削减效应,但是却会略微降低锆改性沸石添加控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率。表层底泥中潜在可移动态磷含量、不同深度处间隙水中SRP的质量浓度以及底泥-水界面SRP扩散通量的下降,对于锆改性沸石改良技术控制底泥磷向上覆水体释放,起到至关重要的作用。以上结果说明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均可以有效地控制河道底泥中磷向上覆水体的释放。     

太湖沉积物磷形态及pH值对磷释放的影响

对太湖不同营养水平和不同特征的 4 种沉积物的总磷、磷形态、粒径组成、化学组成进行了分析,模拟研究了不同 pH 值对上覆水体中总溶解性磷和溶解性活性磷含量的影响.结果表明,太湖沉积物样品总磷含量在 336.1～3408.01mg/kg,属于中富营养化到极富营养化水平.pH 值是影响磷释放的重要因素,碱性条件下,促进NaOH-P 的释放;酸性条件下,促进 HCl-P的释放.严重富营养化湖区沉积物的磷主要由无机磷组成,其中主要是 NaOH-P,该区中 pH值增加会导致磷释放量的大幅度增加,而 pH值下降对磷释放量的影响较小.中富营养化湖区沉积物的无机磷组成中,部分湖区 NaOH-P 含量高,部分湖区 HCl-P 含量高,所以该区中 pH 值变化对沉积物磷释放的影响,由于 NaOH-P 和HCl-P 含量不同而存在差异,NaOH-P含量较高,pH值增加会导致磷释放量的大幅度增加;HCl-P 含量较高,pH值下降会导致磷释放量的大幅度增加.     

长江河口水库沉积物磷形态、吸附和释放特性

为了对长江河口青草沙水库沉积物磷形态分布、磷吸附特性和磷释放特性进行分析,2011年4月~2012年1月对沉积物进行实地调查分析.磷形态分析结果表明沉积物总磷含量范围为535.07~910.9 mg·kg-1,以无机磷为主,有机磷含量相对较低.无机磷主要以钙结合态的磷存在,钙结合态磷占总磷的75.57%.磷吸附特性结果表明沉积物磷的等温吸附特征符合修正的Langmuir模型,沉积物磷的最大吸附量为9.78~39.84 mg·kg-1,沉积物-水界面平衡浓度EPC0(equilibrium phosphorus concentration)范围为0.024~0.12 mg·L-1,均高于上覆水体中相应的磷含量,因此,沉积物有向上覆水体释放磷的趋势.磷的释放特性结果表明沉积物最大释放量为11.03 mg·kg-1,在6 h左右达到最大值.沉积物磷释放量来自沉积物的铁/锰结合态的磷、钙结合态磷和有机磷,其中,铁/锰结合态磷和沉积物释放量呈相关性(P0.01).总体上,青草沙水库沉积物呈现释放状态,影响水库水体磷含量.     

太湖不同湖区沉积物磷形态变化分析

采用SMT法于2009年11月对太湖北部湖区梅梁湾(T1)、竺山湾(T2)、太湖西部(T3)、太湖南部(T4)、太湖东部(T5)及湖心区(T6)沉积物30cm深度上不同磷形态进行分析,结果表明,太湖不同营养水平湖区不同磷形态含量变化明显,北部竺山湾及太湖西部富营养化明显, NaOH-P含量明显高于其他湖区,占TP比例总体为T2 > T1 > T3 > T4、T5、T6.反映太湖北部及西部受人为污染源输入影响严重. HCl-P则表现为太湖北部及西北部含量总体低于太湖南部\东部,占TP比例总体为T4 > T5 > T6 > T1、T3 > T2. OP随深度至约15cm迅速降低,和太湖较强的矿化作用有关系. 同NaOH-P一样, TP表现出太湖北部及西北部含量高于其他湖区的总体趋势,反映了太湖北部和西北部湖区特别是竺山湾富营养化高于其他湖区.     

Phosphorus speciation in the sediment profile of Lake Erhai, southwestern China: Fractionation and 31P NMR

The distribution characteristics of phosphorus(P) forms in the sediment profile of Lake Erhai,in southwestern China has been investigated by sequential extraction and 31P nuclear magnetic resonance spectroscopy(NMR) of NaOH extracts to understand P dynamics and its potential contribution to lake eutrophication.Contents of P fractions varied in the order of NH4Cl extracted P(NH4ClP) < bicarbonate-dithionite extracted P(BD-P) < HCl-P,Residual-P < NaOH extracted P(NaOH-P).The highly available NH4Cl-P represented less than 1% of total P(TP).BD-P and NaOH extracted reactive P(NaOH-rP) averaged 39%,while the ratio of Fe/P was higher than 15,indicating low P release from the sediments under permanent oxic condition.The less bio-available HCl-P,NaOH extracted nonreactive P(NaOH-nrP) and residual-P contributed 61% of TP.Regression analysis revealed that BD-P,NaOH-rP and HCl-P were positively correlated with the contents of Fe and Mn,Al and Fe,and Ca,respectively.The investigation of P compound groups in NaOH extracts by 31 P NMR showed that ortho-P and monoester-P were the largest two constituents of the P pool,followed by diester-P,phosphonate and pyro-P.A comparison of vertical variations of P groups in the sediment profile suggested that these compounds were involved in the P recycling to different extents in Lake Erhai.In particular,the lake exhibits high potential for labile P release from the surface sediments,which should be taken into consideration even after the outsourced P runoff ceased.     

Phosphorus fractions and its release in the sediments of Haihe River, China

The amounts and forms of phosphorus (P) in surface sediments of Haihe River, Tianjin, North China, were examined using a sequential chemical extraction procedure. Five fractions of sedimentary P, including loosely sorbed P (NH4Cl-P), redox-sensitive P (BD-P), metal oxide bound P (NaOH-P), calcium bound P (HCl-P), and residual P (Res-P) (organic and refractory P), were separately quantified. The results indicated that the contents of di erent P fractions in the sediments varied greatly. The total P (TP) contents ranged from 968 to 2017 mg/kg. Phosphorus contents in NH4Cl-P, BD-P, NaOH-P, and HCl-P ranged from 6.7 to 26.6 mg/kg, 54.5 to 90.2 mg/kg, 185.2 to 382.5 mg/kg, and 252.3 to 425.5 mg/kg, respectively, which represented 1.2%–3.2%, 7.7%–13%, 33.3%–48.9%, and 36.2%–54.2% of the sedimentary inorganic P, respectively. For all the sediment samples, the rank order of P-fractions was Res-P > HCl-P > NaOH-P > BD-P > NH4Cl-P. The highly positive relationship between the amounts of P released from the sediments and those in the NH4Cl-P and BD-P fractions, indicated that NH4Cl-P and BD-P were the main fractions that can release P easily.     

光照对湖泊沉积物磷释放及磷形态变化的影响研究

将采自太湖的沉积物移至实验室内进行磷释放模拟实验.通过对水-沉积物界面在不同照度下的磷释放趋势研究发现,照度与水-沉积物界面的磷释放量有明显的负相关性.而藻类计数的结果表明,照度与底栖藻类生物量存在正相关性.由此可以推断,光照对沉积物磷释放的影响主要表现为受照度控制生长的底栖藻类吸收沉积物中释放的磷,阻挡其进入上覆水中.不同照度下pH变化的研究结果表明,pH的升高趋势随照度的增强而升高,稳定后的水体偏碱性.通过对在不同照度下沉积物中总磷及磷形态变化规律研究发现沉积物中总磷减少量表现为无光＞中照度＞高照度;沉积物中磷出现无机态减少,有机态增加的现象;照度越高,沉积物中NaOH-P(Fe(Al)-P)减少量与HCl-P(Ca-P)减少量的比例越大.     

SMT法插标分析沉积物中磷的地球化学形态

SMT法是一种较为通用的沉积物磷地球化学形态分析方法,但分析结果的准确性和重现性成为制约其进一步应用的关键.本研究以我国沉积物标准样品GSD-12为标样,在详细研究该标样的SMT法提取的磷的各个地球化学形态含量的基础上,提出了插标法控制沉积物中磷地球化学形态的准确性和可比性.在对比了手工分析,Skalar仪器分析及ICP-MS仪器分析的结果之后,针对SMT法操作中存在的问题进行了探讨,提出了操作过程中的注意事项,提出了GSD-12中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、盐酸提取磷(HCl-P)和氢氧化钠提取磷(NaOH-P)等含量分别为(156±5),(77±2),(39±3),(41±2),(42±2)mg/kg,并将该标样用于太湖沉积物中磷形态测定的质量控制,取得了较为满意的结果.