灼烧净水污泥对外源磷的吸附和固定作用

研究了不同投加方式下(混匀和覆盖)灼烧净水污泥对外源磷的累积吸附效果,以及吸附外源磷后底泥等温吸附效果和在厌氧条件下内源磷释放情况.结果表明,混匀和覆盖条件下,底泥对上覆水中磷的累积吸附量分别为11.496 mg和11.042 mg,明显高于对照实验(7.219 mg).通过对吸附外源磷后的底泥进行等温吸附实验,发现混匀条件和覆盖条件下磷最大吸附量(Smax)均有所增加,并且前者(7.795 mg·g~(-1))要高于后者(6.807 mg·g~(-1)),但磷平衡浓度(EPC0)前者(0.83mg·L~(-1))却明显大于后者(0.64 mg·L~(-1)),表明混匀条件下内源磷更容易释放.在厌氧环境下,混匀方式内源磷释放量仅为0.93 mg,不仅低于覆盖(1.49 mg),也明显低于对照实验(7.76 mg).覆盖条件下比释放速率的平均值(0.006 14)大于混匀(0.003 96),并均低于对照实验.这说明混匀对内源磷的持留能力更强.暗示了单纯用EPC0值来评价底泥对磷的固定能力是不妥的.     

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.     

底泥预处理对磷等温吸附特征及磷形态的影响

以校园河流底泥为材料,研究了通过不同预处理对有机质去除后,底泥对磷的等温吸附特征以及底泥中磷的赋存形态的转化.结果表明,对底泥曝气预处理强化了底泥对磷的吸附能力,最大吸附量(S_max)达到714.3mg/kg.不同底泥灼烧后,最大吸附量为天然底泥的1.64～2.25倍,且明显高于未灼烧底泥.对底泥曝气与对水曝气预处理使易被生物利用态磷向难被生物利用态磷转化,易被生物利用态磷较预处理前分别减少了7.02%和0.23%,而空白试验底泥的易被生物利用态磷则增加了4.85%.底泥灼烧后,SMT法不适合分析磷的赋存形态.底泥预处理后,酸性或碱性均促进了磷的释放.底泥灼烧后,在pH5～6条件下,磷的释放量低于未灼烧底泥.     

过氧化钙复合片剂对水体修复和底泥磷控制的作用

以受污染水体及底泥为研究对象,制备了2种过氧化钙复合片剂(CPCTs),并考察了在混合投加方式下对上覆水的影响及控磷效果.复合片剂由过氧化钙(CaO_2)、灼烧净水污泥、羟丙基甲基纤维素(HPMC)等粉末直压制成,其中B片剂含硫酸亚铁(FeSO_4),A不含. 2种片剂吸附效果均较好地符合Langmuir和Freundlich等温模型,对磷的理论最大吸附量分别达110.908 mg·g~(-1)和106.390 mg·g~(-1).底泥模拟实验结果表明,与对照组相比,A、B组上覆水pH提高,Chl-a浓度降低(42.75%和60.82%),DO浓度提高(53.73%和63.30%). A、B组上覆水DIP浓度变化均显著,分别降低了54.93%和25.11%.对于底泥间隙水DIP, A、B组Ⅰ层(0～2 cm)变化均显著,分别降低了74.81%和65.66%;B组Ⅱ层(2～4 cm)变化显著,平均浓度降低了46.23%,而A组Ⅱ层变化不显著;A、B组Ⅲ层(4～6 cm)变化不显著.对于底泥形态磷,A、B组NH_4Cl-P占TP的比例显著提高(Ⅰ层:16.87%和13.11%;Ⅱ层:12.99%和11.02%),Al-P占TP的比例显著降低(Ⅰ层:7.58%和13.91%;Ⅱ层:9.86%和7.28%),其余形态磷变化不显著.A、B组表层底泥微生物的活性均明显提高,A组较深层底泥微生物活性提高更明显.     

锆改性高岭土覆盖对底泥与上覆水之间磷迁移转化的影响

以无覆盖和高岭土覆盖作为对照,通过底泥磷释放控制模拟实验考察了厌氧条件下锆改性高岭土覆盖对重污染河道底泥与上覆水之间磷迁移转化的影响.结果表明,厌氧条件下,重污染河道底泥会释放出大量的磷进入上覆水中,且所释放出来的磷主要以溶解性磷酸盐为主.高岭土覆盖可以略微降低底泥磷向上覆水迁移的通量,而锆改性高岭土覆盖则可以极大降低底泥磷向上覆水迁移的通量.被高岭土覆盖层所吸附的磷中29%以氧化还原敏感态磷(BD-P)形式存在和63%以残渣态磷(Res-P)形式存在.被锆改性高岭土覆盖层所吸附的磷中绝大部分(90%)以金属氧化物结合态磷(NaOH-P)和Res-P形式存在,厌氧状态下很难被重新释放出来进入上覆水体.与无覆盖相比,厌氧条件下锆改性高岭土覆盖不仅不会促进底泥BD-P的释放,而且还会促进底泥NaOH-P的形成.X射线光电子能谱(XPS)和固相31P核磁共振(NMR)技术分析证实了锆改性高岭土覆盖层吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换和形成内配合物.上述结果说明锆改性高岭土适合作为一种活性覆盖材料控制重污染河道底泥磷的释放.     

CaO2不同投加方式对黑臭河道底泥内源磷释放抑制作用

以S市某黑臭河道底泥和上覆水为研究材料,研究了CaO_2在3种不同投加方式下对内源磷释放的抑制效果.结果表明CaO_2在3种投加方式下,均导致上覆水中pH和DO有所增加.注射条件下,上覆水DO浓度明显低于覆盖,说明注射确实延缓了CaO_2的氧化速度,有利于创造底泥微氧化环境.CaO_2覆盖和注射条件下,上覆水中TP和DIP浓度以及变化趋势基本一致,均明显低于混匀条件.但是,覆盖条件下,间隙水中DIP浓度最高,达到注射条件下的120.33~142.18倍.相反,注射条件下,间隙水中DIP浓度最低,并且上覆水中DIP浓度也较低,说明注射条件下CaO_2对内源磷的释放确有抑制作用,这与其创造的微氧化环境密切相关.底泥中不同形态磷数量分布也证实了这一点.投加CaO_2加快了有机磷的矿化速度,铁铝结合态磷和钙结合态磷也明显增加,使得内源磷持留能力增强.     

易悬浮和外源输入下原位覆盖对生物有效磷形成的影响

在有外源磷持续汇入的前提下,研究了底泥原位覆盖钙改性材料和锁磷剂被悬浮颗粒再覆盖后对沉积物生物有效磷(BAP)的影响.结果表明,与空白对照相比,底泥原位覆盖后,BAP平均下降34.30%,此外,上覆水及间隙水溶解性无机磷(DIP)的浓度分别平均下降了74.25%和47.48%(0～3 cm),说明覆盖材料可以有效减少水体DIP的浓度,促进易被生物利用态磷浓度的降低.然而,当覆盖材料受到悬浮颗粒影响后,BAP平均下降20.27%,其中,藻类可利用磷(AAP)、碳酸氢钠可提取磷(Olsen-P)和水溶性磷(WSP)的含量较未被悬浮颗粒覆盖组显著提高,分别增加了18.28%、17.41%和12.58%,说明覆盖材料受悬浮颗粒影响后不利于降低底泥磷的生物有效性.     

方解石活性覆盖系统抑制底泥磷释放的影响因素研究

通过摇床振荡试验和底泥磷释放控制模拟试验,考察了覆盖系统厚度、上覆水Ca2 浓度、温度、方解石粒径以及人工曝气等对方解石活性覆盖系统抑制底泥磷释放效率的影响.结果表明,方解石覆盖系统可以抑制厌氧状态下底泥磷的释放,且抑制效果受覆盖系统厚度、上覆水Ca2 浓度、温度、方解石粒径及人工曝气等的影响.方解石覆盖系统对底泥磷释放的抑制效率随厚度的增加而明显提高,方解石投加量由12.7 kg/m2增加到38.2 kg/m2,模拟期间覆盖系统对底泥磷释放的抑制率则由56%增加到99%;上覆水的Ca2 会增强方解石覆盖系统对底泥磷释放抑制的效率,上覆水Ca2 浓度由1 mmol/L增加到5mmol/L,模拟期间上覆水的磷浓度下降36%左右;对于方解石投加量较少的情况下,高温条件与低温条件相比,底泥向上覆水释放更多的磷,而通过增加覆盖系统的厚度可以消除高温所带来的不利影响;方解石覆盖系统对底泥磷释放的抑制效率随粒径的减小而明显增强;对方解石覆盖系统表面进行人工曝气,不仅可以降低底泥氨氮的释放速率,而且还可以降低底泥磷的释放速率.     

城市重污染河道底泥对外源磷的吸附和固定机制

以重污染河道底泥和上覆水为材料,研究了周期性加入外源磷条件下,间歇扰动对底泥吸附和固定外源磷的作用机制.结果表明,扰动状态下,39d内底泥对外源磷的累积吸附量达到363.4 mg·kg-1,远高于静态试验(213.2 mg·kg-1).内源磷形态分析表明,扰动状态下底泥吸附的外源磷中超过61%被结合到铁铝结合态磷(Fe...     

镁改性芦苇生物炭控磷效果及其对水体修复

将收割的芦苇制成生物炭,投加到底泥中以控制内源磷释放,是一种将芦苇资源化利用的新途径.将芦苇通过氯化镁浸渍改性,分别在300、450和600℃条件下高温裂解,制得3种镁改性芦苇生物炭,通过等温吸附实验分析3种炭对磷酸盐的吸附特征,选择了对磷酸盐吸附效果较好的生物炭MBC-450作为研究材料.以某校园河道底泥和上覆水为研究对象,探讨镁改性芦苇生物炭在不同投加方式（混合和覆盖）下对上覆水磷酸盐的吸附作用及内源磷释放的控制效果.结果表明,混合和覆盖投加可有效降低上覆水DIP浓度,与对照组相比磷累积吸附量分别提高了17.3%和11.7%;混合投加对间隙水磷的控制效果更明显,与对照组相比,间隙水DIP从0~2 cm至4~6 cm分别降低了14.7%、18.9%和35.36%,而覆盖投加对应分别降低了33.3%、-28.2%和12.9%.与对照组相比,生物炭混合和覆盖分别导致0~2 cm和2~4 cm底泥中NH₄Cl-P占TP的比例分别升高了15%、15%（混合）和12%、2%（覆盖）,而BD-P占TP的比例分别降低了7%、9%（混合）和6%、3%（覆盖）,Al-P占TP的比例分别降低了7%、6%（混合）和7%、-1%（覆盖）,其余形态磷变化不明显.生物炭混合和覆盖投加均能提高表层底泥微生物的活性,混合投加方式对更深层底泥微生物活性的提高更显著.     

氢氧化镁对水体内源磷释放的控制作用

本研究首先通过批量实验考察了氢氧化镁对水中磷酸盐的吸附性能,再通过底泥模拟释放实验考察了氢氧化镁覆盖和添加控制底泥中磷向上覆水体释放的效果及机制.结果表明,氢氧化镁对水中磷酸盐具有良好的吸附能力,其投加量的增加有利于水中磷酸盐被其所吸附去除,与Langmuir模型相比,其对水中磷酸盐的等温吸附行为更适合采用Freundlich和Dubinin-Radushkevitch （D-R）模型加以描述.氢氧化镁覆盖可以有效地控制底泥中磷向上覆水体的释放,使得上覆水中SRP浓度处于较低的水平,即使覆盖层的结构完整性受到扰动破坏而导致覆盖材料与表层底泥的混合,氢氧化镁仍然可以有效地控制底泥中磷向上覆水体的释放.氢氧化镁覆盖和添加均可以有效地降低最上层（0~10 mm）底泥间隙水中SRP的浓度,这对于其覆盖和添加有效控制底泥中磷向上覆水体的释放是至关重要的.人工合成的氢氧化镁对水中磷酸盐的吸附性能优于商业购买的氢氧化镁,前者控制水体内源磷向上覆水体释放的效果也优于后者.以上结果显示,氢氧化镁是一种有希望用于控制水体底泥内源磷释放的活性覆盖和改良材料.     

藻类与扰动共存下水体中不同形态磷的数量分布规律

以太湖梅梁湾的沉积物和上覆水为研究材料,研究了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)与扰动共存下,水体中不同形态磷的数量分布以及不同藻类对水体中形态磷分布的贡献.结果表明,无论扰动与否,上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性磷酸盐(DIP)、生物有效磷(BAP)均呈降低趋势.但是,在扰动和无扰动条件下,铜绿微囊藻和羊角月牙藻对DTP和DIP的吸收能力恰好相反.水体中磷的消失主要归于颗粒物质的物理化学吸附和藻类的生物利用作用,但扰动与否两者对磷消失的贡献率明显不同.无扰动状态下,铜绿微囊藻和羊角月牙藻对DTP和DIP的吸收能力均在60%左右;而扰动状态下,两者对DTP和DIP的吸收能力分别下降至40%和25%.磷在沉积物不同形态磷间的数量分布也发生明显变化.无论扰动与否,NH_4Cl-P与钙磷(Ca-P)均有所降低,Fe/Al-P则增加,但扰动下NH_4Cl-P与Ca-P下降幅度与Fe/Al-P升高幅度均更大.与铜绿微囊藻相比,羊角月牙藻更有利于Ca-P的释放和Fe/Al-P的形成.     

多重扰动对湖泊内源磷迁移转化的影响

为了阐明多重扰动因素对内源磷迁移转化的影响,以太湖梅梁湾沉积物为研究对象,借助Rhizon间隙水采样技术、Unisense微电极系统等技术,研究了扰动下泥水两相间溶解氧、不同形态磷、铁离子等变化规律.结果表明,与对照实验相比,河蚬的出现致使沉积物内部溶解氧含量降低.扰动致使间隙水中DIP的峰值区域由3~4 cm迁移至4~5 cm,暗示了摇蚊幼虫和河蚬的引入使得DIP再生的"活跃区域"更深入泥层.并且,河蚬和藻类的出现进一步降低了间隙水中DIP的含量,其主要来源于NH_4Cl-P的释放,去向为上覆水和形成Fe/Al-P.随着扰动因素的增加,NH_4Cl-P转化为Fe/Al-P的比重也逐渐增加(由44%增至59%).     

底泥扰动对上覆水中磷形态分布的影响

通过室内试验模拟底泥受持续和间歇扰动的过程.探讨了扰动作用对上覆水中不同形态磷分布的影响.结果表明,持续扰动和间歇扰动显著促进了上覆水中的溶解态磷向底泥迁移.持续扰动与间歇扰动作用下,上覆水中溶解性无机磷(DIP)分别在第6h和第24h达到平衡状态,为0.014mg.L-1和0.015mg.L-1.显著低于对照试验(0.04mg.L-1);而溶解性总磷(DTP)则在第6h和第48h达到平衡状态,为0.047mg·L-1和0.045mg.L-1,显著低于对照试验(0.065mg.L-1).持续扰动促进了颗粒态磷(PC)的释放,扰动6h后,PP达到最大值(9.18mg·L-1).随后下降.第24h后,PP稳定在2.18mg·L-1左右;而间歇扰动作用下,第2h,PP达到最大值(2mg·L-1),随后下降,第96h后,PP稳定在0.093mg·L-1左右.扰动作用下,TP的变化规律与PP一致.与初始状态相比,持续扰动和间歇扰动作用下,DIP/DTP、DIP/TP、DTP/TP显著下降,而上述该值在对照试验中则基本保持不变,说明扰动导致的底泥再悬浮有利于降低上覆水中溶解态磷的含量.     

不同扰动强度下城市重污染河道底泥对磷吸收和固定的影响

以重污染河道底泥和上覆水为材料,研究了周期性加入外源磷条件下,不同扰动强度下底泥吸附和固定磷的作用机制.结果表明,扰动可以增加底泥对外源磷的吸附,而且扰动强度越大,底泥对外源磷吸附效率越高.另外,尽管加入的磷以溶解性磷酸盐(DIP)形态存在,但扰动强化了DIP向颗粒态磷(PP)的转化,从而降低了水体中生物可利用磷含量.内源磷形态分析表明,弱吸附态磷(NH4Cl-P)呈降低趋势,而铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙结合态磷(HCl-P)和残渣磷(Res-P)均呈增加趋势,但以Fe/Al-P增加幅度最大(占总磷的百分比超过80%,以3种扰动强度下平均值计).结合到非闭蓄态Fe/Al-P中的外源磷逐渐增加占Fe/Al-P净增加量的百分比分别为37.49%(100 r·min-1)、42.32%(200 r·min-1)、54.24%(300r·min-1),导致闭蓄态铁铝结合态磷净增加量占总磷净增加量的百分比随扰动强度增加有所降低,同样,钙结合态磷的变化趋势也基本一致.说明在较短的时间尺度上和较大的扰动强度下,连续加入的外源磷主要以易释放态磷形式存在,即底泥对外源磷的吸附以暂时性的持留为主.     

底泥扰动下藻类对不同形态磷在水体中分布的影响

研究了反复扰动与藻类共存条件下,水体中溶解性磷、颗粒态磷、生物有效磷的分布规律,并分析了颗粒物质物理化学吸附与藻类生物利用对水体中磷消失的贡献率.结果表明,扰动抑制了水体中藻类生长,叶绿素a增加量仅为3.53μg/L(初始30μg/L)和4.80μg/L(初始120μg/L),而无扰动下该值分别为21.36μg/L (初始30μg/L)和14.49μg/L (初始120μg/L).并且,溶解氧水平和pH值均低于无扰动状态.扰动导致水体中总磷和颗粒态磷显著增加,但溶解性总磷(DTP)和溶解性磷酸盐(DIP)均有所降低.对于DTP而言,扰动状态下,颗粒物质吸附占90%,而无扰动下,则降低至60%,相应地,藻类生物利用则增加至40%.无论扰动与否,BAP基本处于稳定状态,而BAPP占BAP的百分比则有所增加.扰动状态下BAPP占PP的百分比明显低于无扰动状态.这暗示了扰动对水体中磷迁移和转化的作用大于藻.     

河蚬或藻存在下组合扰动对内源磷迁移的影响

为阐明河蚬(Corbicula fluminea)或铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)存在下,物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和迁移转化的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物为研究对象,分析了上覆水、间隙水、沉积物中不同形态磷的变化规律.结果表明,与摇蚊幼虫扰动和组合扰动相比,河蚬或藻类的出现都会使得上覆水中不同形态磷(总磷、溶解性总磷、溶解性磷酸盐、颗粒态磷)显著增加.河蚬或藻类均导致间隙水DIP明显降低,并致使DIP峰值区域向更深处迁移(3~4cm变为4~5cm),而对照试验则相反.与对照试验相比,河蚬或藻存在下组合扰动均导致0~4cm沉积物NH₄Cl-P含量及其占总磷百分比降低,Fe/Al-P含量及其占总磷百分比增加,并且河蚬或藻对NH₄Cl-P降低和Fe/Al-P增加的影响基本一致.在多种扰动因素存下,摇蚊幼虫对上覆水中DTP和DIP贡献最大,后者可能源于摇蚊幼虫显著降低了间隙水中DIP含量及沉积物中NH₄Cl-P含量.这暗示了在组合扰动基础上叠加河蚬或者藻类,均进一步促进了内源磷再生和迁移.     

不同扰动下外源磷在形态磷间的分布规律

研究了3种扰动方式对外源磷在上覆水、间隙水、底泥中的数量分布的影响,并分析了内源磷形态间的转化过程.结果表明,与对照实验相比,物理扰动能促进上覆水中磷向底泥迁移,并高于生物扰动和组合扰动的促进作用,并且,三者均高于对照实验.这可归因于溶解氧的渗入.物理扰动能降低间隙水中DIP的平均含量,相比对照实验降低了12.13%(第6 d和第10 d平均值),但降低程度不如生物扰动(38.63%)和组合扰动(50.79%).3种扰动均能促进Fe/Al-P和Ca-P的形成,其中,物理扰动下Fe/Al-P和Ca-P平均形成量最大,物理扰动下AAP含量一直在减小,暗示物理扰动明显促进了AAP向闭蓄态的Fe/Al-P或者Ca-P转化.