天然沸石和方解石复合覆盖技术抑制底泥磷释放的影响因素研究

提出了天然沸石和方解石复合覆盖控制底泥氮磷释放的新技术,并对该技术抑制底泥磷释放的能力及影响因素进行了研究.结果表明,天然沸石和方解石复合覆盖层不仅可以有效抑制底泥氨氮释放,也可以有效抑制磷的释放.复合覆盖层抑制底泥磷释放的效率受天然沸石投加量、方解石投加量、天然沸石粒径、沸石与方解石组合方式等因素的影响.随天然沸石和方解石投加量的增加,复合覆盖层抑制底泥磷释放的效率明显提高;随天然沸石粒径的减小,复合覆盖层抑制底泥磷释放的效果略微增强.沸石和方解石的组合方式对复合覆盖层抑制底泥磷释放的规律为：先覆盖沸石后覆盖方解石对底泥磷释放的抑制效果明显强于先覆盖方解石再覆盖沸石条件下的情况,与沸石方解石混合均匀覆盖情况相比,先覆盖沸石后覆盖方解石对底泥磷释放的效果也略有提高.     

HCI改性沸石和方解石复合覆盖层控制底泥氮磷释放的效果及机理研究

提出了HCl改性沸石和方解石复合覆盖控制底泥氮磷释放的新方法,利用摇床振荡试验和底泥氮磷释放控制模拟试验,设计了5种底泥处理方案,重点针对HCl改性沸石和方解石复合覆盖技术研究了其抑制底泥氮磷释放的效果及机理.结果表明,方解石覆盖层可以较好地抑制底泥磷的释放,而对底泥氨氮释放的抑制效果较差.天然沸石和方解石复合覆盖层不仅可以有效地抑制底泥氨氮的释放,而且可以有效地抑制底泥磷的释放.采用HCl对沸石进行改性,可以提高沸石和方解石复合覆盖层抑制底泥磷释放的效率,模拟期间复合覆盖层对底泥磷释放通量的抑制率由天然沸石的84%提高到HCl改性沸石的91%.采用HCl对沸石进行改性,降低了沸石和方解石复合覆盖系统有效控制底泥氨氮释放的持续时间,与天然沸石相比,相同投加量条件下HCl改性沸石有效控制底泥氨氮释放的持续时间缩短了1/3左右.采用HCl对沸石进行改性增强了复合覆盖系统抑制底泥磷释放效率的机理与HCl改性降低了沸石Na 的交换量并提高了沸石H 的交换量相关.     

HCl改性沸石和方解石复合覆盖层控制底泥氮磷释放的效果及机理研究

提出了HCl改性沸石和方解石复合覆盖控制底泥氮磷释放的新方法,利用摇床振荡试验和底泥氮磷释放控制模拟试验,设计了5种底泥处理方案,重点针对HCl改性沸石和方解石复合覆盖技术研究了其抑制底泥氮磷释放的效果及机理.结果表明,方解石覆盖层可以较好地抑制底泥磷的释放,而对底泥氨氮释放的抑制效果较差.天然沸石和方解石复合覆盖层不仅可以有效地抑制底泥氨氮的释放,而且可以有效地抑制底泥磷的释放.采用HCl对沸石进行改性,可以提高沸石和方解石复合覆盖层抑制底泥磷释放的效率,模拟期间复合覆盖层对底泥磷释放通量的抑制率由天然沸石的84%提高到HCl改性沸石的91%.采用HCl对沸石进行改性,降低了沸石和方解石复合覆盖系统有效控制底泥氨氮释放的持续时间,与天然沸石相比,相同投加量条件下HCl改性沸石有效控制底泥氨氮释放的持续时间缩短了1/3左右.采用HCl对沸石进行改性增强了复合覆盖系统抑制底泥磷释放效率的机理与HCl改性降低了沸石Na⁺的交换量并提高了沸石H⁺的交换量相关.     

利用铁改性方解石作为活性覆盖材料控制水体内源磷的释放

虽然利用方解石作为一种活性覆盖材料控制水体内源磷释放具有较好的应用前景,但是其控制底泥中磷释放的效率仍然有待进一步提高.鉴于此,本文采用铁盐对方解石进行改性试图制备一种除磷性能更好的底泥活性覆盖材料——铁改性方解石,进而通过批量实验考察了铁改性方解石对水中磷酸盐的去除性能,以及通过底泥培养实验考察了铁改性方解石活性覆盖控制水体内源磷释放的效率.结果发现,采用铁对方解石进行改性,可以显著提高材料对水中磷酸盐的去除能力.铁改性方解石投加量的增加,有利于水中磷酸盐的去除.增加初始磷浓度,铁改性方解石对水中磷酸盐的单位去除量随之增加,最大的单位磷去除量可以达到3.09 mg·g~(-1).铁改性方解石覆盖可以有效地控制底泥中磷的释放,导致上覆水体中溶解态活性磷(SRP)浓度处于很低的水平.此外,铁改性方解石覆盖还可以促使底泥中少量的氧化还原敏感态磷(BD-P)和金属氧化结合态磷(NaOH-rP)向残渣态磷(Res-P)转变,使得底泥中磷的稳定性略微增强.固定到铁改性方解石覆盖层中的磷大多数(90.8%)以较为稳定和非常稳定的形态存在,且大部分磷以非生物可利用性磷形式存在,很难被重新释放出来.与方解石覆盖相比,铁改性方解石覆盖控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率明显更高,且被铁改性方解石覆盖层所钝化的磷更为稳定.以上结果显示,铁改性方解石是一种非常有希望用于控制水体内源磷释放的底泥活性覆盖材料.     

硝酸钙抑制底泥磷释放的模拟研究

在实验室模拟了硝酸钙对底泥磷释放的影响、环境效应及作用机制。结果表明,硝酸钙可有效降低孔隙水和上覆水中溶解活性磷(SRP)的浓度,且对于红枫湖底泥来说,抑制磷释放的硝酸钙Ca(NO3)2·4H2O最佳用量为187.5g/m2。实验表明硝酸钙的使用是安全的,既可保证上覆水中氨氮浓度满足III类水的要求,也不会造成水体重金属的污染。硝酸钙抑制底泥磷释放作用机制如下:1)硝酸钙在底泥脱氮微生物的作用下发生反硝化作用,在硝态氮被消耗的同时,溶解有机碳亦被氧化降解;2)硝酸钙将底泥中的Fe2+氧化为Fe3+,促使铁氧化物及氢氧化物的形成,最终使孔隙水及上覆水中SRP的浓度大幅降低。因此,硝酸钙可有效抑制底泥内源磷的释放,是一种高效的底泥内源磷释放原位钝化剂,可为湖泊底泥磷污染提供有效的治理手段。     

天然沸石覆盖层控制底泥氮磷释放的影响因素

通过实验室模拟,研究了天然沸石活性覆盖层控制底泥氮磷释放的影响因素,包括天然沸石粒径、温度、覆盖层厚度以及人工曝气等,结果表明:厌氧状态下富营养化水体的底泥会释放大量的氨氮和总磷,而天然沸石覆盖层可以有效地控制氨氮的释放,并且能降低总磷的释放速率;温度、沸石粒径、覆盖层厚度和曝气对天然沸石覆盖层控制底泥氨氮的短期释放基本没有影响,而沸石粒径和覆盖层厚度对覆盖层控制氨氮的长效性影响较大,且粒径越小或者厚度越厚,控制的时间越长;温度越高,覆盖层抑制底泥总磷释放的效果越差;沸石粒径越小或者覆盖层厚度越厚,控制底泥总磷释放的效果越好;对1cm厚粒径3～5mm沸石覆盖层表面进行曝气,有助于降低底泥总磷的释放速率;而对3cm厚粒径3～5mm的沸石覆盖层表面进行曝气,总磷的控制效果反而下降;对1cm厚粒径<2mm的沸石覆盖层表面进行曝气,初期对于底泥总磷释放的控制是不利的,而后期则可以降低底泥总磷的释放速率.     

紫色母岩覆盖层控制底泥磷释放的效果及机制

选取重庆地区分布面积较广的3种紫色母岩(飞仙关组、蓬莱镇组和遂宁组),和2种经众多研究证明可有效控制底泥污染物释放的岩石(石灰石和方解石)作为活性覆盖材料,进行底泥覆盖模拟实验,研究紫色母岩覆盖层对底泥磷素释放的控制效果及机制.结果表明,3种紫色母岩覆盖层对底泥总磷向上覆水体释放的抑制作用较强,远好于方解石与石灰石(P0.05).其中,飞仙关组紫色母岩覆盖层对底泥总磷向上覆水体释放的抑制效果最好,抑制率为94.4%.5种覆盖材料均可促进底泥总磷的释放与转化,显著促进底泥OP原位转化为Ca-P,而3种紫色母岩覆盖层更有利于底泥释放出的磷转化为无机磷和有机磷.同时,5种覆盖材料均会改变底泥及上覆水体微生物的群落结构,其中PLFA16:0标记的细菌数量与上覆水体的总磷含量呈显著负相关.     

环境因子对沙土覆盖底泥抑制有机磷释放的影响

通过室内模拟试验,探究沙土覆盖后环境因子对底泥中有机磷(OP)释放与转化的影响。研究结果表明:河沙加红土的组合覆盖控制底泥OP释放的最佳应用环境条件为温度为25 ℃的好氧中性环境,该条件下的原位覆盖能增加底泥中OP含量,减少上覆水总磷(TP)的浓度。环境因子改变对底泥中的中等活性磷(MLOP)的转化影响最大,主要通过抑制底泥中MLOP转化,使底泥中OP含量和OP/TP比例增加。碱性磷酸酶活性(APA)与底泥中各形态磷含量的相关性研究表明,磷酸酶活性能反映底泥中OP的转化释放过程,APA与底泥中TP、OP含量呈正相关。     

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.     

硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖联用控制底泥中磷释放的效果及机制

通过底泥培养实验,研究了硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖联用控制底泥中磷释放的效果及机制.结果发现,在缺氧条件下,底泥中磷会先释放出来进入间隙水中,而后穿越底泥-水界面扩散进入上覆水中,导致上覆水中溶解态活性磷（SRP）和薄膜扩散梯度（DGT）有效态磷浓度较高.但是,联合使用硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖可有效控制底泥中磷释放出来进入上覆水中,导致上覆水中SRP和DGT有效态磷浓度处于很低的水平.此外,该组合技术还可有效降低底泥中间隙水SRP和DGT有效态磷浓度以及最上层底泥中氧化还原敏感态磷（BD-P）含量,这对于其控制水体内源磷释放会起到至关重要的作用.与单一的硝酸钙添加技术相比,组合技术对上覆水中SRP的去除效果较优,对底泥间隙水中SRP及底泥-水界面SRP扩散速率的削减效果较佳,对最上层底泥中BD-P的削减率也较高.与单一的锆改性膨润土覆盖相比,组合技术在底泥修复后期对上覆水中SRP的削减效果较佳.另外,组合技术对底泥中间隙水SRP和DGT有效态磷的削减率要高于单一的锆改性膨润土覆盖技术,前者对底泥-水界面SRP扩散速率以及表观磷扩散速率的削减效果也好于后者.硝酸钙添加/锆改性膨润土覆盖组合是一种很有希望的水体内源磷释放控制技术.     

改性凹凸棒土覆盖抑制底泥磷释放的影响和效果

采用等温吸附实验和动力学实验,考察了改性凹土对磷酸盐的吸附特性.研究了无覆盖层、沙土覆盖和改性凹土覆盖对底泥总磷释放的抑制效果,并分析了不同覆盖层厚度、温度和粒径等因素对改性凹土抑制底泥总磷释放的影响.研究结果表明：Freundlich方程式能较好地描述改性凹土对磷酸盐的等温吸附行为,可决系数R2在0.98以上;改性凹...     

方解石/氯磷灰石混合物添加对水体内源磷迁移转化的调控效应和机制

阐明方解石/氯磷灰石混合物添加对内源磷迁移转化的调控效应与机制,对于其实际应用至关重要.为此,本文采用氯化钙和磷酸钠制备得到氯磷灰石,再与天然方解石进行混合,形成氯磷灰石和方解石的混合物,然后通过批量吸附实验考察了该混合物对水中磷酸盐的去除作用,再通过底泥培养实验考察了该混合物添加对底泥中磷迁移转化的影响.结果表明,该混合物对水中磷酸盐的去除能力明显强于单纯的方解石和氯磷灰石;该混合物对水中磷酸盐的去除动力学过程较好地符合准二级和Elovich动力学模型;增加方解石和氯磷灰石的投加量均有利于该混合物对水中磷酸盐的去除;溶液共存钙离子促进了该混合物对水中磷酸盐的去除.该混合物的添加可以有效控制底泥中磷向上覆水体的释放,导致上覆水中的溶解性活性磷(SRP)浓度处于相对较低的水平.此外,该混合物添加还可以降低间隙水中SRP的浓度,其对间隙水中SRP的削减作用对其调控底泥中磷向上覆水体的迁移转化起到重要的作用.该混合物添加虽然会增加底泥中磷的含量,但所增加的磷主要是以稳定的钙磷形式存在,发生二次污染的风险低.结果显示,方解石/氯磷灰石混合物可以作为底泥改良材料用于水体内源磷释放的控制.     

太湖藻对水-沉积物界面磷交换过程的影响

采用太湖梅梁湾沉积物和上覆水,以及从太湖水体中分离出的水华优势蓝藻(铜绿微囊藻)和常见绿藻(月芽藻), 室内模拟研究了这2种藻对太湖梅梁湾沉积物磷交换过程的影响. 结果表明:藻种的不同显著影响磷在水-沉积物界面的交换过程. 在沉积物和上覆水灭活条件下,铜绿微囊藻能够显著增加沉积物磷的释放量,引起上覆水中可溶性磷酸盐的增加;而月芽藻的存在没有引起沉积物中磷的明显释放,上覆水中可溶性磷酸盐一直保持在很低水平. 在低磷浓度的水体中,藻类会被诱导产生碱性磷酸酶,分解大分子可溶性有机磷,以满足自身生长的需要. 沉积物中各形态磷存在明显的转化作用,其中铁磷和碱提有机磷含量明显下降,而钙磷和酸提有机磷含量则大幅增加.      

Effects of overlying water aeration on phosphorus fractions and alkaline phosphatase activity in surface sediment

Microbial activity may influence phosphorus (P) deposit and release at the water sediment interface. The properties of DO (dissolved oxygen), pH, P fractions (TP, Ca-P, Fe-P, OP, IP), and APA (alkaline phosphatase activity) at the water sediment interface were measured to investigate microbial activity variations in surface sediment under conditions of two-month intermittent aeration in overlying water. Results showed that DO and TP of overlying water increased rapidly in the first week and then decreased gradually after 15 day of intermittent aeration. Microorganism metabolism in surface sediment increased pH and decreased DO and TP in the overlying water. After two-month intermittent aeration, APA and OP from surface sediment (0–2 cm) were both significantly higher than those from bottom sediment (6–8 cm) (p < 0.05), and surface sediment Fe-P was transferred to OP during the course of microorganism reproduction on the surface sediment. These results suggest that microbial activity and microorganism biomass from the surface sediment were higher than those from bottom sediment after two-month intermittent aeration in the overlying water.     

水体沉积物磷控制技术

水体中的磷主要来源于外源磷输入和内源磷释放,外源磷的输入已受到人们的广泛关注逐步得到控制,内源磷释放成为水体富营养化中磷的主要来源,因此研究内源磷释放控制技术具有重要意义。文章介绍了沉积物磷释放的影响因素,溶解氧,温度,pH值,微生物,盐度,扰动等因素都对沉积物磷释放有很大的影响。简要阐述了磷释放控制技术的研究进展及应用概况,包括沉积物中注入硝酸钙控制技术,HCl改性沸石和方解石复合覆盖层控制底泥磷释放,赤泥控制沉积物磷释放,水生植物控制沉积物磷释放。还介绍了沉积物磷释放控制技术的发展前景,认为在考虑处理效果的同时也应充分考虑经济效益,如利用赤泥,沸石等廉价材料。研究异位/原位联合生物修复技术控制沉积物磷也可能成为湖泊底泥污染的一个发展方向。     

海河沉积物中磷释放的模拟研究

在实验室条件下,分别对海河沉积物中磷的释放量与沉积物磷形态分布的关系及好氧/厌氧条件,pH,温度,外源磷含量,微生物活动等环境因素对其的影响进行了模拟研究. 结果表明,微生物作用是影响海河沉积物中磷释放量的主要因素;厌氧条件下,磷从沉积物向水体的释放量远高于好氧条件下沉积物磷的释放量;温度升高有利于沉积物中磷的释放;酸性和碱性条件下沉积物磷的释放量略高于中性条件下沉积物磷的释放量;当上覆水磷含量较高时,沉积物中的磷呈“负释放"状态. 研究还显示,沉积物中不同形态的磷含量与沉积物磷释放量有不同程度的相关性,其中可交换态磷(NH₄Cl-P)和可还原态磷(BD-P)含量与沉积物磷的释放量高度相关(R2分别为0.99和0.84).