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.     

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.     

物理扰动对锆改性沸石改良底泥磷吸附和移动的影响

本文研究了物理扰动对锆改性沸石改良底泥吸附水中磷酸盐的影响,并考察了其对锆改性沸石改良底泥中磷赋存形态和生物可利用性的影响.结果表明,与未改良底泥相比,锆改性沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附能力明显更强.但是,物理扰动却降低了锆改性沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附容量和吸附速率.在物理扰动状态下培养的锆改性沸石改良底泥的最大磷酸盐吸附容量(743 mg·kg~(-1)),比在静止状态下培养的锆改性沸石改良底泥的最大吸附容量(902 mg·kg~(-1))低18%左右.物理扰动对锆改性沸石改良底泥的磷形态和生物可利用性产生一定的影响.物理扰动略微降低了改良底泥中氧化还原敏感态磷(BD-P)和金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)含量,但是却会略微增加改良底泥中残渣态磷(Res-P)含量.另外,物理扰动还会略微降低改良底泥中藻类可利用磷(AAP)和NaHCO_3可提取磷(Olsen-P)的生物可利用性磷含量.物理扰动虽然略微降低了改良底泥对水中磷酸盐的吸附能力,但是却略微促进了锆改性沸石对底泥中潜在可移动态磷和生物可利用性磷的钝化.     

磁性锆铁改性膨润土添加对河道底泥磷迁移与形态转化的影响

首先采用Fe~(3+)、Fe~(2+)、溶解性锆盐、膨润土和碱液作为原料制备得到了一种磁性锆铁改性膨润土,再通过底泥培养实验考察了磁性锆铁改性膨润土添加对底泥中磷迁移与形态转化的影响.结果表明,在缺氧条件下,河道底泥中磷会被释放进入间隙水中,继而会被释放进入上覆水中,而磁性锆铁改性膨润土添加可以极大地降低底泥中磷向间隙水的迁移通量,最终导致了上覆水中磷数量的显著下降.此外,添加磁性锆铁改性膨润土不仅促使底泥中弱吸附态磷(Liable-P)和氧化还原敏感态磷(BD-P)这2种容易释放态磷向较为稳定的金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)和非常稳定的残渣态磷(Res-P)转变,而且降低了底泥中水溶性磷(WSP)、易解吸磷(RDP)、NaHCO_3可提取磷(Olsen-P)、藻类可利用磷(AAP)和铁氧化物-滤纸提取磷(FeO-P)这5种不同类型生物有效态磷(BAP)含量,从而降低了底泥中磷的释放风险.从底泥中分离出来的磁性锆铁改性膨润土中潜在活性磷(NH4Cl-P+BD-P)占总磷的26%左右,且含一定数量的FeO-P和Olsen-P(含量分别为161 mg·kg~(-1)和127mg·kg~(-1)).因此,及时采用磁分离的方式从底泥中将吸附磷后的磁性锆铁改性膨润土回收是非常必要的.磁性锆铁改性膨润土添加控制河道底泥中磷释放的机制是:改良剂通过对底泥中潜在活性磷和生物有效态磷的钝化作用,以及通过对间隙水中磷的吸附作用,降低了底泥中磷向间隙水的释放风险,导致间隙水中磷浓度的下降,进而降低了底泥-上覆水界面磷的扩散通量,最终导致上覆水中磷浓度的下降.以上结果说明,磁性锆铁改性膨润土是一种非常有希望的用于控制河道底泥中磷释放的改良剂.     

钙预处理对磁性锆铁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响

本研究制备了2种不同Ca2+含量的磁性锆铁改性膨润土(ZrFeBTs),即磁性锆铁改性原始膨润土(ZrFeRBT)和磁性锆铁改性钙预处理膨润土(ZrFeCaBT),并通过吸附实验考察了ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的吸附特征,以确定Ca2+预处理对ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的影响。结果发现,本研究所制备的ZrFeBTs包含Fe3O4和Zr,并且ZrFeCaBT中可交换Ca2+的含量明显高于ZrFeRBT。ZrFeBTs对水中磷酸盐吸附平衡实验数据可以很好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述,动力学实验数据可以很好地采用准二级动力学模型和颗粒内扩散模型进行描述。根据Langmuir模型确定的ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的最大单位吸附量(以磷计)分别为8.70mg·g-1和11.5mg·g-1。ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的过程属于化学吸附。随着pH值的增加,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附效果逐渐降低。当溶液共存Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、Na+、K+、Mg2+和Ca2+等阴阳离子时,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附具有很好的选择性,并且溶液共存的Ca2+会极大地促进了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附。采用Ca2+对膨润土进行预处理,极大地提高了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附能力。     

基于多要素指标评估的小流域水体管控单元划分研究:以南河为例

流域水体管控单元划分是实现流域水生态环境差异化管理的基础。基于小流域特点,结合水质参数、水生生物多样性等多要素指标,提出了一种水体空间管控单元划分方法。在此基础上,利用模糊层次分析法对各管控单元的优先级进行评价,揭示出小流域水生态环境质量与潜在污染来源的关联关系。以四川南河小流域为例,划分出3个管控区段和21个水体管控单元,识别出6个极高的管控单元,4个极低的管控单元,为指导小流域多尺度、精细化管理提供了参考。     

锆负载量对锆镁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响

制备了锆氧化物(ZrO_2)含量分别为2.98%、7.81%、13.73%和33.70%的4种锆镁改性膨润土,并考察了锆负载量对锆镁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响.结果表明,较高的吸附剂投加量有利于水中磷酸盐被锆镁改性膨润土所吸附去除.锆镁改性膨润土吸附水中磷酸盐的动力学过程符合准二级动力学模型.锆镁改性膨润土对水中磷酸盐的吸附等温行为可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Redushckevich (D-R)等温吸附模型进行描述.增加溶液pH值不会导致锆镁改性膨润土对水中磷酸盐吸附能力的下降.锆镁改性膨润土对水中磷酸盐的吸附能力随其锆含量的增加而增加.但是,从总体上,锆镁改性膨润土中单位质量ZrO_2对水中磷酸盐的最大吸附量则随其锆含量的增加而降低.研究结果说明,锆镁改性膨润土适合作为一种吸附剂去除水中的磷酸盐,较高的锆负载量有利于增强锆镁改性膨润土吸附水中磷酸盐的能力,而较低的锆负载量则有利于提高锆镁改性膨润土中单位质量ZrO_2对水中磷酸盐的吸附能力.     

基于公平与效益原则的流域水污染负荷分配研究

为改善流域水环境质量，以乡镇单元为流域污染物总量控制单元，基于公平与效益原则构建了多目标水污染负荷分配模型，分别采用理想点法与基于淘汰算子的改进非支配排序遗传算法Ⅲ(NSGA-Ⅲ-EO)求解分配模型。以眉山市东坡区江东片区为研究区，对研究区COD入河总量进行分配，分析了两种求解算法的优化性能，并制定了兼顾公平与效益的污染物排放方案。研究结果表明：理想点法获得的优化分配方案具有较高的污染物削减率(16.65%);NSGA-Ⅲ-EO得到的综合最优分配方案的效益与公平性更佳，其中污染物削减率为12.70%,综合环境基尼系数为2.489 8,环境效益为37.84亿元，污染排放成本为89.89亿元。证实了流域污染总量控制中存在兼顾社会公平和效益的均衡策略，构建的优化模型可为流域污染防治提供多种可选的污染防控方案，为各利益主体提供策略参考。     

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(0～10 mm)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(Na OH-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(10～20 mm)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至关重要.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.