纳米Fe3O4覆盖对沉积物-水界面砷释放的影响

为揭示纳米四氧化三铁（nFe₃O₄）覆盖对沉积物溶解态砷（As）和有效态As的钝化效果,在开展室内培养试验的基础上,利用微界面分析技术、高分辨率平衡式间隙水采集技术（HR-peeper）和薄膜扩散梯度技术（DGT）,探究nFe₃O₄覆盖下沉积物氧化还原环境、铁锰含量等因素对As的作用机制.结果表明：在nFe₃O₄覆盖下沉积物pH值较对照组逐渐增大,Eh先减小后增大;nFe₃O₄可以有效去除沉积物溶解态As,最大有效去除率为22%;nFe₃O₄覆盖使得有效态As的平均值降低了2.30mg/L;溶解态As与溶解态Fe （II）、溶解态As与溶解态Mn、有效态As与有效态Fe （II）、有效态As与有效态Mn均存在显著正相关关系（P<0.001）;nFe₃O₄的覆盖可以促进铁铝低结晶状无定形水合氧化态As含量的增加.     

天然红土与苦草联合控制沉积物中磷释放

运用天然红土和苦草（RS+VS）的原位联合修复技术,探究单一及联合修复对污染底泥磷去除的影响.结果表明,RS与VS联合对沉积物P的去除能力高于两者单一修复,在37d的批量实验中,覆盖RS+VS组沉积物释放到上覆水中的磷被抑制了91%,与无覆盖RS+VS组的底泥释放磷相比,上覆水中溶解态活性磷（SRP）从1.41mg/L降至0.12mg/L.RS+VS联合修复对沉积物磷的固定作用显著,将不稳定的亚铁磷（Fe （II）-P）和铁铝结合磷（CDB-P）转变成惰性的钙磷（Ca-P）,沉积物中的Ca-P含量增加了51%,Fe （II）-P,CDB-P分别降低了1%和24%,有效降低了底泥磷释放到上覆水的风险.综上,RS+VS联合可以应用于处理富营养化水域的内部磷负荷,实现两者协同去除沉积物磷,同时RS和VS两者价廉且广泛分布可作为一种潜在高效益的磷酸盐吸附剂应用于实际工程中.     

矿山污染水库中砷形态转化受铁循环影响研究

As在水体中的环境行为较为复杂,且潜在威胁生态健康。该文以受矿山活动影响的喀斯特地区水库为对象,在掌握水质理化特征及不同形态As、Fe空间分布的基础上,利用电子探针显微分析仪、矿物形态连续提取技术及水化学理论分析Fe在上覆水-沉积物体系中的循环过程以及对As迁移转化的影响。结果表明：在水体弱碱性、温度及氧化还原电位随深度降低的环境条件下,水库中总As平均浓度为72.94μg/L,其中颗粒态As占比74%;上层水体溶解态As向颗粒态转化,浓度随深度降低,颗粒态As浓度则呈相反趋势;在沉降作用下颗粒态As富集于下层水体,溶解态As受沉积物释放影响浓度有增加趋势,但受吸附作用控制界面水浓度较低;颗粒态Fe也在下层富集,沉降入沉积物后高活性铁氧化物可被还原溶解,使界面水溶解态Fe浓度高于上覆水体,可向上输送;还原态Fe经氧化水解进一步增加下层水体颗粒态Fe含量,增强对溶解态As的吸附去除;水中As浓度受Fe循环影响较大,尤其底部受沉积物调控作用较强。该成果可为科学认识As在水库中的循环转化提供理论依据。     

覆盖材料对洱海不同湖区沉积物溶解态有机磷和无机磷释放影响及差异

通过模拟实验探讨了4种覆盖材料对洱海不同湖区沉积物溶解态总磷（DTP）、溶解态有机磷（DOP）和溶解态无机磷（SRP）释放影响及差异.结果表明：①与无覆盖对照相比,覆盖材料通过改变洱海沉积物pH和Eh及溶解性有机质（DOM）特征,降低了沉积物DTP最大释放量,其中,覆盖氧化铁对洱海北部和南部沉积物DTP释放控制效果较好,与无覆盖对照相比,释放量分别减少了44.3%和35.71%;而覆盖氧化铝对中部湖区沉积物DTP释放控制效果较好,与无覆盖对照相比,释放量减少了29.6%.②覆盖铁铝氧化物对洱海不同湖区沉积物SRP和DOP释放量影响差异明显,北部湖区沉积物覆盖氧化铁后,SRP和DOP释放量分别降低了35.6%和36.2%,主要是因为其降低了沉积物pH和Eh,而增加了DOM活性所致;中部湖区沉积物覆盖氧化铝后,SRP和DOP释放量分别降低了28.9%和31.6%,与氧化铝促进了该湖区DOM活性密切相关;南部湖区沉积物覆盖氧化铁后,沉积物SRP和DOP释放量分别降低了47.4%和16.5%,则与覆盖氧化铁降低了该湖区沉积物pH和Eh有关.因此,如选择覆盖材料控制洱海不同湖区沉积物磷释放,北部和南部湖区应选择覆盖氧化铁,而中部湖区应选取氧化铝作为覆盖材料.     

黄水溪砷环境地球化学迁移行为及其细菌群落分析

湖南石门雄黄矿区As（砷）污染问题由来已久,黄水溪更是长期受矿区影响.为进一步指导对矿区As污染的综合治理,通过分析河流As质量浓度及其通量、沉积物ATR-FTIR（衰减全反射傅里叶红外光谱）及其溶解释放As的能力、沉积物细菌群落多样性,对黄水溪石门雄黄矿河段中As的地球化学迁移行为及其河流沉积物的生态风险进行了调查.结果表明:①石门雄黄矿区河段水系中ρ（As_T）为0.28~10.43 mg/L,并且主要以As（Ⅴ）形式存在,少量为As（Ⅲ）.②As年通量在该河段区域增加约5.71 t.③ATR-FTIR分析沉积物显示,463、875和910 cm-1处吸收带来自AsO₄3-（砷酸根）的振动,775和796 cm-1处吸收带来自AsO₃3-（亚砷酸根）的振动,表明该沉积物中存在含As矿物.④在沉积物溶解试验中同时释放As（Ⅴ）和As（Ⅲ）,振荡6 h后ρ[As（Ⅴ）]和ρ[As（Ⅲ）]分别达0.014~0.550和0.002~0.291 mg/L.⑤沉积物的细菌群落多样性分析显示,黄水溪As污染已对水生生态系统造成了一定的影响,表现为ρ（As_T）较高水环境影响下,沉积物细菌群落丰富度和多样性减少,同时出现未鉴别属;变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）是黄水溪沉积物中的优势菌群.研究显示,黄水溪中As主要迁移途径可能为,在废弃选矿区域段含As尾矿颗粒进入河道,之后溶解进入水环境,在下游河段又再次被吸附/沉淀,并且吸附的As并不稳定,易再次释放.      

原位化学处理对沉积物-水系统氮磷影响研究

为研究原位处理技术对沉积物-水系统中氮磷元素的影响,采用了硝酸钙、硫酸铝、硫酸铁和锁磷剂4种原位处理剂处理底泥,测定了沉积物-水系统中氮磷的形态和含量。结果表明:4种原位处理剂都使间隙水中总磷和溶解性磷浓度显著降低;硫酸铝使上覆水中总磷和溶解性磷浓度降低,硝酸钙使上覆水中磷含量升高;4种处理剂对沉积物中磷形态变化影响显著,硝酸钙使松散态磷和氧化还原敏感磷含量升高,硫酸铝和硫酸铁分别增加了金属氧化物结合磷和氧化还原敏感磷含量,锁磷剂使较易释放的磷转变为较稳定的形态;硫酸铁和硫酸铝的使用使上覆水中pH降低,这几种处理剂都会使沉积物-水系统中氨氮和总氮含量有所升高。综合以上结果,硫酸铝原位处理效果最好,锁磷剂可降低沉积物中磷释放的风险,但只有在剂量足够时,才具有去除上覆水中磷的能力。     

铁硅复合材料固定砷的酸释放特征

为评估酸化条件下铁硅复合材料（IS）对砷（As）钝化的环境稳定性,以酸滴定法结合X射线衍射分析技术（XRD）对铁硅复合材料固持态砷（IS-As）的酸释放特征开展研究.结果表明,IS具有较强的应对环境酸化的酸缓冲能力;IS-As对酸最为敏感的pH值区间介于7.68~11.48,在该区间内随酸的加入,AsO₄^3-快速溶出,该非酸稳态砷占总As的37.5%;而在pH值7.68~4.10区间,As溶出速率相对缓慢,该弱酸稳态As约占总As的7%.酸化条件下稳定存在、释放微弱的As为酸稳态,该部份约占总As的55.5%.XRD结果表明,在加入H⁺过程中,铁硅材料主要固砷矿物随pH值由高到低溶解的顺序依次为Ca₃（AsO₄）₂ > AlAsO₄ > As₂O₃>Ca₄SiAs₄ > FeAs₃O₉·4H₂O > Mn₂As₂O₇/SiAs₂.酸化条件下IS-As元素溶出率依次为S（94.8%） > Na（93.0%） > Ca（78.8%） > As（44.5%） > Mg（41.7%） > Al（37.6%） > Mn（37.5%） > Fe（5.5%）.IS-As中主要含砷矿物pH值稳定区间与伴生元素酸溶解特征结果表明,非酸稳态砷主要为钙结合态砷,弱酸稳性As主要为镁、锰、铁弱结合态,酸稳态As主要为铁锰硅强结合态.研究结果为铁硅复合材料修复土壤砷的安全利用风险评估及揭示其修复稳定机理提供了依据,并为土壤砷修复材料选择及形态研究方法方面提供新的参考.     

镧铝改性凹凸棒粘土对富营养化湖泊有机磷控制效果

通过吸附与原位模拟实验,研究了镧铝改性凹凸棒粘土（La/Al@ACP）对水体有机磷的吸附性能及其覆盖对沉积物磷释放的影响,并通过沉积物磷分级、DGT技术、扫描电镜能谱技术探讨材料覆盖对沉积物磷形态影响机制.结果显示,La/Al@ACP添加后,上覆水及底泥间隙水中磷含量显著下降,并伴随沉积物有效磷通量的减少.有机磷形态分析表明,添加La/Al@ACP后活性态的Lab-P_o不断向稳定态的Hum-P_o转化,有效控制了底泥磷向上覆水释放的风险.La/Al@ACP作为一种控制湖泊富营养化的有效材料,可用于底泥内源磷的固定与控制.     

2006年春季长江口砷形态分析及其生物有效性

于2006年春季在长江河口开展野外调查.采集水和表层沉积物样品,并进行总砷、砷形态分析和生物有效性评估.将过滤水样用于测定溶解态砷含量,而未过滤水样经酸消解后用于测定总砷含量,两者之差则为颗粒态砷含量.结果表明.长江口青草沙水源地各层水体中总砷含量为0.88-1.35ug·L-1(涨憩),2.37-3.35ug·L-1(落憩).溶解态和颗粒态砷含量均随潮汐变化明显,各形态砷含量在落憩时均高于涨憩时,颗粒态砷所占总砷的比例也是落憩时明显高于涨憩时.以0.3 mol·L-1磷酸溶液为萃取剂.在微波辅助下可以有效地将沉积物中砷酸盐[As(V)]、亚砷酸盐[As(Ⅲ)]、一甲基胂酸盐(MMA)和二甲基胂酸盐(DMA)提取出来,然后利用高效液相色谱一氢化物发生.原子吸收光谱(HPLC-HG-AAS)联用技术进行检测.结果表明,长江口表层沉积物中总砷含量为6.3-30.7 mg·kg-1,主要为无机砷形态,在江心沙洲及离岸沉积物中且以砷酸盐为主.而在近岸沉积物中以亚砷酸盐为主;利用醋酸纤维素/氧化铁复合膜方法(FeO/CAM)所得沉积物中有嫂砷含量占总砷含量0.6%-3.9%,平均约为2.1%.有效砷含量与总砷含量没有显著相关性,与亚砷酸盐含量呈显著正相关性,与砷酸盐含量呈显著负相关性.结果还表明,长江口南支沉积物中的砷形态分布特征及其生物有效性受城市支流输入和排污活动影响显著.     

不同磷水平下铜绿微囊藻对砷酸盐的吸收和净化

通过室内培养实验,研究了富磷(+P)和缺磷(–P)环境下,铜绿微囊藻对砷酸盐(As(Ⅴ))的累积和净化动力学特征,探讨了净化过程中培养介质砷形态的变化.结果表明:缺磷环境下虽然可显著提升铜绿微囊藻对砷酸盐的吸收,但该环境下的高砷藻体又具较高的砷释放风险.+P和–P环境下,藻体中分别有41.5%和46.3%的胞内砷可在快速清除阶段(2h)被迅速排出.+P环境下经10μmol/L As(Ⅴ)暴露后的含砷藻体,经13d净化培养后,+P培养介质中藻体以砷酸盐释放为主,-P培养介质中则存在砷的还原和甲基化现象,这表明不同磷水平下藻体对砷的净化机理可能存在明显差异.     

水体氧动态对氮磷地球化学行为的影响

底层水体氧动态直接制约着许多与底栖生物的生物、生态行为息息相关的生物地球化学过程. 高分辨率(垂向分辨率为3 mm)的原位采样技术能精确地获取ρ(PO₄3--P)和ρ(NH₄+-N)在沉积物-水界面微环境的分布特征,这对准确掌握营养盐在该区域发生的独特的生物地球化学过程至关重要. 研究表明,连续曝氮气或空气下,孔隙水中ρ(NH₄+-N)显著提高,升温使该效应进一步增强. 在常温下,曝空气沉积物孔隙水中ρ(PO₄3--P)显著下降,曝氮气则无显著影响;但厌氧条件下升温至35 ℃时ρ(PO₄3--P)显著增加. 在低氧和厌氧时,PO₄3--P从沉积物向水体的扩散速率(以P计)为10.41~25.85 mg/(m2·d);但底层DO充足或CaO₂添加剂量为5 g/m2致ρ(DO)呈过饱和状态时,PO₄3--P释放速率从0.07 mg/(m2·d)进一步降至-17.20 mg/(m2·d),说明随着ρ(DO)的升高,PO₄3--P有进一步削减的潜力. PO₄3--P在界面处的释放强度显著依赖于氧气和温度的动态. 总体来看,DO充足时,NH₄+-N和PO₄3--P的地球化学循环过程表现为从上覆水向沉积物吸附固定;当升温或缺氧时,这一过程可能被抑制甚至发生逆转.      

缓释氧复合材料不同投加方式对沉积物-水界面污染物迁移的影响

为改善湖泊沉积物-水界面生境,开发了一种可原位供氧同时削减内源氮释放的缓释氧材料。发现以m（CaO₂）:m（白土）:m（水泥）=2:1:1制备的缓释氧材料具有较好的释氧和pH缓冲能力。通过模拟实验比较缓释氧材料不同投加方式（表层投加和泥内投加）对释氧和沉积物中污染物释放的影响。结果表明:1）表层投加缓释氧材料使得上覆水中DO浓度和pH值明显升高,而在泥内投加可以使pH值维持在7.5以内,同时DO浓度缓慢增加,延长了释氧周期;2）缓释氧材料对沉积物中NH₄+-N释放有显著的抑制作用,且表层投加方式明显高于泥内投加,以空白组作参比,静态培养31 d后,泥内加入缓释氧材料对NH₄+-N的抑制率为53.4%,而表层投加对NH₄+-N的抑制率达到81.1%,投加释氧材料有利于提高上覆水DO水平,促进硝化细菌的生长,从而抑制NH₄+-N的释放;3）缓释氧材料有利于微生物生长,促进了微生物腐殖化作用,从而对沉积物中类陆源腐植酸的释放略有促进,而对类酪氨酸蛋白释放略有抑制;4）缓释氧材料可促进沉积物中Fe/Al-P向Ca-P转化,对DIP的释放略有抑制,但由于pH增加导致沉积物中DOC以及重金属As和Cr的释放略有增加。     

滇池水生植物分布对沉积物间隙水中不同形态氮的影响

为揭示水生植物分布对滇池沉积物间隙水中各形态氮质量浓度的影响,于2015年6月在滇池分别采集有植物区域和无植物区域的沉积物柱状样,检测间隙水及上覆水中DTN(溶解性总氮)、NH₄+-N、NO₃--N和DON(溶解性有机氮)的质量浓度,分析其垂向变化特征以及水生植物对间隙水中各形态氮的释放控制效果. 结果表明:①水生植物改变了柱状沉积物间隙水中不同形态氮的分布规律,并且这种改变随湖区不同而表现不尽一致;②水生植物显著降低了沉积物间隙水中DON的贡献率,有植物分布区域ρ(DON)对ρ(DTN)的平均贡献率为41.05%,无植物区域可达58.48%;③水生植物显著抑制了沉积物中无机氮的释放,促进了DON的转化,同一采样点有植物区域NH₄+-N和NO₃--N的沉积物-水界面扩散通量分别比无植物区域平均降低了87.52%和91.99%;④水生植物生长显著削减了沉积物间隙水中氮的质量浓度,其中ρ(DON)的削减率达到了53.27%~80.42%. 研究显示,水生植物根系作为微生物和多种活性酶的主要载体,为沉积物有机氮的矿化降解起到了促进作用.      

CaO2原位处理河道黑臭底泥效能研究

CaO₂已广泛应用于黑臭河道底泥原位处理中,但现有研究较多集中于CaO₂对底泥中酸可挥发性硫化物（acidic volatile sulfide,AVS）的去除效果,缺乏对其他污染指标影响的研究。通过小试,考察了CaO₂原位处理黑臭河道底泥AVS和有机物的效果,同时对底泥的颜色、ORP、pH和重金属含量及形态变化进行了检测。结果表明:CaO₂原位处理黑臭河道底泥污染物具有明显的效果,AVS去除率可达98%以上,TOC含量可降低0.4%左右;同时底泥颜色由黑色转变为土黄色,ORP从-150 mV提高至100 mV左右,pH从中性变为碱性（pH=11左右）。投加CaO₂对底泥重金属含量变化无影响,但会将底泥中部分较稳定形态存在的重金属转化为较不稳定化的赋存形态。     

臭氧与过氧化钙协同降解甲基红废水

对单独臭氧（O₃）、臭氧与过氧化钙（O₃/CaO₂）联用技术降解甲基红染料废水进行了研究,考察了O₃流量、温度、废水初始pH值、CaO₂投加量、处理时间以及不同水基质等因素对甲基红降解效果的影响.结果表明,在O₃流量为48L/h,温度为26℃,初始pH值为6.2的纯水中降解10min,单独O₃处理对甲基红的降解率为86.1%.在此条件下投加CaO₂,投加量为6.9mmol/L时,O₃/CaO₂联用技术对甲基红废水的脱色率可达到94%.水基质中草酸的存在并不会对O₃/CaO₂联用体系的降解作用造成抑制.O₃/CaO₂联用体系在多种复杂水基质中都能达到较好的脱色效果.通过对比试验发现,O₃/CaO₂联用对甲基红的降解起协同作用,CaO₂不仅可以产生H₂O₂促进染料被O₃降解,而且CaO₂的吸附作用也有利于染料和污染物质的氧化去除.该联用工艺可高效地去除印染废水的色度,达到出水水质处理标准.     

Fe(VI)/CaO2双氧化体系降解水环境中的DMP

研究了高铁酸盐（Fe（VI））/过氧化钙（CaO₂）联合处理对邻苯二甲酸二甲酯（DMP）的降解性能及机理,分析了共存离子的影响.基于响应面方法中的Box-Behnken实验设计进行了多因素实验,采用二次多项式和逐步回归法拟合了DMP去除率与Fe（VI）投加量、CaO₂投加量和反应时间之间的关系,对实验条件进行了优化分析.结果表明,在初始pH值为中性条件下,Fe（VI）/CaO₂可以有效去除DMP,降解过程符合准一级动力学模型.当Fe（VI）/CaO₂/DMP物质的量比为1.1/4.4/1时,模型预测DMP最大降解率为95.57%,和验证实验得出的降解率90.14%相近,表明该响应面模型具有较好的模拟和预测能力.HCO₃^-和Mg²⁺对DMP的降解有一定抑制作用.自由基清除实验结果显示,羟基自由基（HO·）和超氧自由基（O₂^-·）对DMP的降解具有重要贡献,表明Fe（VI）和CaO₂可形成类芬顿试剂协同降解污染物.DMP的主要降解途径包括酯基水解、侧链氧化和苯环的羟基化;主要降解产物为邻苯二甲酸单甲酯,2,5-二羟基苯甲酸,间苯二甲酸,草酸等.     

Ca2+在饮用水铜绿微囊藻控制中的应用

为改善饮用水藻类的混凝去除效果,以铜绿微囊藻为研究对象,考察了单独投加Ca²⁺、Ca²⁺与PAC联用、Ca²⁺与CO₃^2-原位结晶三种方法的除藻效果,并对Ca²⁺和结晶产物CaCO₃的除藻机制进行探讨.结果表明,单独采用Ca²⁺时,Ca²⁺在低浓度下对藻细胞具有吸附电中和作用,高浓度时同时还有架桥作用,但两者均无法实现对铜绿微囊藻的去除.Ca²⁺与PAC联用,Ca²⁺可以通过吸附电中和显著提高PAC的除藻效果,最大去除率可达98.0%,同时Ca²⁺与溶解性藻源有机物（dAOM）的络合可将残余铝降低50%以上.含藻水中原位CaCO₃结晶对铜绿微囊藻的去除率最高可达83.5%,其产物为带正电荷、粒径2~4 μm左右的球型球霰石.球霰石对藻细胞的去除机制包括球霰石与藻细胞的互絮凝,以及球霰石团聚物对藻细胞的卷扫絮凝,同时球霰石还可以作为加重剂促进藻晶产物沉降分离.自来水厂采用CaCO₃原位结晶与PAC联用除藻,可望降低PAC投加量和残余铝风险,并解决CaCO₃原位结晶导致的浊度和pH偏高问题.研究成果为饮用水除藻提供了新思路.     

香溪河沉积物-水界面的营养盐交换特征

为研究香溪河库湾沉积物-水界面的营养盐交换特征,于2016年6月采集香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水样品,分析不同形态氮、磷的空间分布特征并进行相关性分析,计算沉积物-水界面氮、磷的释放通量.结果表明:香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ（TP）的变化范围分别为0.484~0.927和0.511~2.220 mg/L,ρ（TN）的变化范围分别为0.739~4.302和3.571~14.011 mg/L;上覆水和沉积物间隙水中氮、磷质量浓度在沿程和垂向上具有一定的变化规律,上游区域沉积物间隙水中氮、磷质量浓度大于下游区域,沉积物间隙水中氮、磷质量浓度明显大于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为PO₄3--P和NH₄+-N的"源",中下游区域沉积物表现为NO₃--N的"源",而中上游区域表现为NO₃--N的"汇";PO₄3--P的释放通量范围为0.129~0.339 mg/（m2·d）,NH₄+-N的释放通量范围为0.213~1.415 mg/（m2·d）,NO₃--N的释放通量范围为-1.109~3.446 mg/（m2·d）.研究显示,上覆水的环境条件对于沉积物-水界面营养盐交换存在一定的影响,但影响程度各有不同.      

CaO2投加量及投加方式对剩余污泥厌氧发酵产生短链脂肪酸的影响

以污水处理厂剩余活性污泥作为研究对象,在中温条件下,按照不同投加量和投加方式投加过氧化钙（CaO₂）进行预处理,考察其对污泥发酵产酸和产甲烷的影响,以期确定CaO₂最佳投加量和投加方式.结果表明,在（35±1）℃条件下,投加CaO₂可提高剩余污泥发酵液pH值,从而促进有机物的快速溶出.在同样投加剂量条件下,一次性投加比多次投加更有利于污泥的溶解以及短链脂肪酸的积累.当一次性投加0.2g CaO₂/g VSS时,发酵液中乙酸浓度在第7d达到最高值（169mg COD/g VSS）,同时乙酸在6种主要酸中所占比例达到最大（71.0%）.与一次性投加方式相比较,多次投加CaO₂对产甲烷的抑制作用较小,不利于SCFAs的积累.