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.     

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.     

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.     

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.     

反硝化细菌、硝酸钙和锆改性沸石联用对底泥中氮磷迁移转化的影响及硝态氮释放风险评估

本文考察了基于反硝化细菌、硝酸钙和锆改性沸石的组合技术（CN+DB+ZZ）对底泥中氮磷迁移转化的影响,并探讨了该技术的硝态氮释放风险.结果发现,单一的硝酸钙处理（CN）虽然可以有效地抑制底泥中磷的释放,但是会造成上覆水体的氨氮和硝态氮污染.硝酸钙和反硝化细菌联合处理（CN+DB）尽管可以有效地抑制底泥中磷的释放,并降低上覆水体的硝态氮二次污染风险,可是却无法有效地控制底泥中氨氮的释放.硝酸钙和锆改性沸石联合处理（CN+ZZ）虽然可以有效地抑制底泥中磷和氨氮向上覆水体的释放,但却会造成上覆水体硝态氮的二次污染.CN+DB+ZZ组合处理技术不仅可以有效地控制底泥中磷的释放,而且可有效降低底泥中氨氮的释放速率,并且与CN和CN+ZZ技术相比还可降低上覆水的硝态氮二次污染风险.CN+DB+ZZ组合技术对底泥中磷与铁同步释放的抑制、对底泥中氧化还原敏感态磷的削减、以及对底泥吸附磷酸盐和氨氮能力的增强,对于其控制底泥中磷和氨氮的释放是至关重要的.以上结果说明,CN+DB+ZZ组合技术是一种非常有希望的用于控制水体底泥中磷和氨氮释放的方法.     

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.     

覆盖条件下底泥微环境对内源磷释放的影响

底泥微环境对内源磷释放有重要的影响.本研究对比了2种不同的原位覆盖材料对底泥微环境的影响以及内源磷释放的控制效果,沉积物微环境以间隙水中NH₄⁺-N、Fe²⁺浓度和微生物活性来表示.结果表明,CaO₂改性材料（ACPM）覆盖条件下较锁磷剂（Phoslock^®）组NH₄⁺-N和Fe²⁺浓度均处于较低状态,微生物活性值FDA增加了42.57%,说明其微生物活性较高,也显示了ACPM覆盖下其氧化还原电位高于Phoslock^®,且底泥微环境处于好氧状态.与Phoslock^®组相比,ACPM组上覆水和间隙水中DIP浓度均较高,表明Phoslock^®对磷酸盐的吸附能力优于ACPM,也暗示了底泥微环境并不是磷吸附的唯一衡量标准.在内源磷固定过程中,2种覆盖材料均有利于内源磷的固定,Ca-P均显著增加.然而,具有氧化性的ACPM导致NH₄Cl-P增加,Fe/Al-P大量减少,促进了活性磷的释放,使得底泥中的磷向覆盖层迁移,有利于清洁底泥.     

负载硝酸盐有机改性沸石抑制底泥氮磷释放的效果及机制研究

通过摇床振荡试验研究,考察HDTMA有机改性沸石对硝态氮的吸附-解吸特性及对磷酸盐和氨氮的吸附特性,再通过模拟释放试验考察负载硝酸盐HDTMA有机改性沸石对底泥氮磷释放的影响.结果表明:①有机改性沸石吸附硝态氮的最佳HDTMA负载量为276?EC.Langmuir公式能较好地描述有机改性沸石对硝态氮的吸附行为,饱和单位吸附量达到1 724mg/kg,并且有机改性沸石对硝态氮的吸附速率较快.有机改性沸石吸附硝态氮之后一定条件下又会逐渐释放出来,并且吸附的硝态氮越多,硝态氮的解吸量越大.Langmuir公式能较好地描述负载硝态氮之后有机改性沸石对磷和氨氮的吸附行为,且对氨氮的理论吸附量为12.0 mg/g以及对磷的理论吸附量为O.597 mg/g.②采用有机改性沸石负载硝酸盐可以较长时间地向表层底泥提供硝态氮,并且大大减低了进入上覆水的硝态氮比例.硝酸盐负载型有机改性沸石不仅可以有效控制底泥磷的释放,而且可以控制底泥氨氮的释放.     

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。     

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.     

Efficiency of active barriers attaching biofilm as sediment capping to eliminate the internal nitrogen in eutrophic lake and canal

Three active barrier materials (zeolite, ceramicite and light porous media) were applied for preventing nitrogen (N) release from eutrophic lake sediments. Long term experiment of two di erent lake sediments were carried out and the e ect of zeolite dose was evaluated. The results indicated that about 90%–100% of total N in overlying water was eliminated by using zeolite. While the N removal e ciency by ceramic was lower than that by zeolite, and light porous media present the lowest e ciency of 59%. Long term sediment incubation experiments indicated that two eutrophic sediments were both e ective in preventing N release in spite of di erent release characteristics. Bio-zeolite capping technology was able to e ectively inhibit the release of N from the sediment, and the zeolite dose was independently from N removal.     

上海市郊河流底泥氮磷释放规律的初步研究

上海市郊河流底泥有很高的氮、磷负荷。为了研究底泥氮、磷释放规律，取一定量的新鲜底泥在室内进行通气和厌气培养试验；同时，用鱼塘底泥作对照。结果表明：（1）厌气条件下，底泥NH3－N释放速率和释放量高于通气条件，培养液NH3－N可在较长时间内维持峰值水平；通气条件下，由于硝化作用较强，培养液NH3－N含量达到峰值后，迅速下降。（2）厌气条件下，底泥水溶态磷的释出量远远高于通气条件。厌气条件下释放的正磷酸盐大部分源自Fe-P的还原解吸。（3）鱼塘底泥氮、磷释放量高于河流底泥，但其氮、磷负荷却非最高，这与其含有大量的易降解性有机质有关。     

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.     

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...     

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.