原位活性覆盖抑制河道底泥营养盐释放的效果研究及工程化应用

针对太湖流域梁塘河开展底泥原位活性覆盖实验室模拟研究及工程化应用,比较多种覆盖材料对底泥氮、磷释放量的削减效果。研究结果表明:原位活性覆盖能够有效抑制底泥向水体中释放氮、磷等营养盐;沸石和细砂2种覆盖材料的抑制效果优于石灰和石膏2种钙盐;方解石+沸石组合覆盖可稳定削减TN、TP的释放量,并且平均削减率达到60%,可作为该河道富营养化控制效果最佳的覆盖材料;细砂覆盖对TP的抑制效果优于TN;膨润土覆盖对TN、TP抑制效果最差。在治理成本相近的情况下,方解石+沸石组合覆盖材料效果明显优于膨润土。建议在未来应用中结合河道污染情况及覆盖材料的相适性和经济性进行综合考虑。     

纳米伊/蒙黏土去除微污染水体中Cd~(2+)、Tl~+的特性分析

针对太湖流域梁塘河开展底泥原位活性覆盖实验室模拟研究及工程化应用,比较多种覆盖材料对底泥氮、磷释放量的削减效果。研究结果表明:原位活性覆盖能够有效抑制底泥向水体中释放氮、磷等营养盐;沸石和细砂2种覆盖材料的抑制效果优于石灰和石膏2种钙盐;方解石+沸石组合覆盖可稳定削减TN、TP的释放量,并且平均削减率达到60%,可作为该河道富营养化控制效果最佳的覆盖材料;细砂覆盖对TP的抑制效果优于TN;膨润土覆盖对TN、TP抑制效果最差。在治理成本相近的情况下,方解石+沸石组合覆盖材料效果明显优于膨润土。建议在未来应用中结合河道污染情况及覆盖材料的相适性和经济性进行综合考虑。     

动态水流条件下河流底泥污染物(COD_(Cr))释放研究

为了研究不同水深、流速等水动力条件对底泥中污染物释放强度的影响,以苏州河底泥为例,通过水槽试验,分析了动态水流条件下河流底泥中污染物释放及其对上覆水体水质的影响.结果表明,CODCr释放率随时间的增大而增大,但CODCr释放强度随时间的增大而减小.底泥中污染物释放率与水深和流速有关,在相同水深的条件下,底泥的释放率随着流速的增加而增大;在相同流速的条件下,底泥的释放率随着水深的增大而减小.在水深10cm、流速0.10m.s-1的动态水流条件下,底泥向上覆水体释放CODCr的释放强度与时间的关系为:C=1.06C0e-0.06t.     

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.     

杭州城市内河底泥磷污染与磷释放水力模拟

在分析杭州城市内河东新河底泥磷污染的基础上,采用加长型环形水槽动态模拟水体流速（0.002～0.02 m·s^-1）、上覆水质（水体总磷本底值分别为0.18、 0.072和0.007 mg·L^-1）及上覆水深（5、 10 cm）对底泥磷释放的影响,并定量分析了不同流速下底泥磷的释放速率.结果表明,东新河底泥的pH值、含水率、磷含量等理化性质有利于磷的释放.在动态水力条件下底泥磷主要以悬浮颗粒态形式向上覆水体释放.流速对底泥磷释放的影响较为显著,模型流速为0.008 m·s^-1（原型流速为0.05 m·s^-1）时对应底泥的“少量动”,此时底泥磷释放速率趋于最大,达147.36 g·(m²·h)^-1.上覆水质影响底泥磷的释放,尤其显著影响磷的初期释放,内河水较自来水更有利于底泥磷的释放,可能是由于内河水与底泥构成了良好的磷交换关系.在浅水水体中,上覆水深对底泥磷释放影响不大.因此,可以通过调节水力学条件和水质来抑制或强化河流底泥磷的释放.     

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.     

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.     

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。     

原位掩蔽对底泥汞释放的抑制效果及中试评估

为解决贵州省百花湖底泥中的汞污染问题,研究了原位掩蔽对底泥中汞释放的抑制效果. 选择沸石、高岭土和赤铁矿为掩蔽材料,通过模拟试验,确定原位掩蔽的最佳覆盖厚度为2.0 cm,此时沸石、高岭土和赤铁矿对底泥汞释放的控制率分别为47.1%、64.9%和62.3%,说明最佳掩蔽材料为高岭土. 以高岭土为掩蔽材料的情况下,试验实施7 d后,水体扰动对控制率的影响不足6.7%. 中试区位于百花湖重度污染区,面积约为22 000 m2,采用驳船少量多次撒布高岭土原位掩蔽汞污染底泥,控制覆盖厚度为2.0~3.0 cm,按月连续监测6次. 结果显示,高岭土对汞污染底泥的控制率达到47.1%. 模拟试验及中试效果显示,高岭土原位掩蔽可有效抑制底泥中汞的释放,并且较薄的覆盖厚度可降低工程成本和对湖底生态系统的影响.      

原位技术控制湖泊沉积物中磷释放的研究

通过实验室模拟试验研究曝气供氧、沸石覆盖和硝酸钙等原位控制东洞庭湖沉积物磷释放技术效果,试验结果表明:好氧时,曝气供氧对上覆水磷浓度的控制效果较差,当溶解氧320%,水中磷浓度不随溶解氧含量的增加而增加,控制效果依次为:硝酸钙原位处理>沸石覆盖>曝气3未处理;厌氧时,控制效果依次为:硝酸钙原位处理>曝气>沸石覆盖>未处理;扰动条件下,控制水体中磷浓度效果依次为:投加硝酸钙原位处理>沸石覆盖>曝气>未处理,但硝酸钙处理在不同水力作用下保持上覆水磷浓度稳定性不如沸石覆盖;沸石覆盖和硝酸钙原位处理都增大了水体耗氧量,其中以硝酸钙处理最为显著,可使水体复氧功能减弱.     

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.     

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.     

厌氧条件下深谷型湖泊底泥覆盖效果研究

为有效控制深谷型湖泊内源污染,构建底泥活性覆盖系统,以脱碱赤泥为主料,粉煤灰、黏土和Ca CO3为辅料,制作了不同配比的底泥覆盖材料,并评价其在厌氧条件下对湖泊内源污染物的控制效果。结果表明:底泥覆盖后上覆水体水质总体趋于稳定,DO水平能够得到改善,TP和COD的释放受到抑制,对NH3-N虽有一定控制作用但短期效果不理想;3种材料覆盖后,上覆水体中均低检出或未检出Cu、Pb、Zn、Cr、Cd,Fe、Mn、Ca、Mg的含量也较对照组低,削弱了金属元素的释放迁移;结合底泥内源污染物的控制效果和上覆水体水质的稳定性两方面因素,3种材料中,材料2(配料为赤泥38.9%,黏土14.4%,粉煤灰38.9%,Ca CO37.8%)最适于深谷型湖泊底泥覆盖。该覆盖方法原料获取方便、材料制作简单、经济成本低廉、操作方法简易、污染控制效果优良,可用于深谷型湖泊底泥原位控制。     

巢湖底泥磷的释放模拟实验研究

在实验室条件下，模拟了DO控制、pH值调节、温度调节、水动力条件等，进行了底泥释磷实验。实验表明：（1）厌氧条件下，底泥中的磷向水体释放，且释放强度随pH值的升高而升高。好氧条件下，底泥非但没有向水体释放磷，反而从水体中吸附磷，呈“负释放”状态；且pH值越低，“负释放强度”越大。（2）温度升高有利于底泥中磷的释放，最大释放强度随温度的升高而提前。（3）搅动条件下的底泥磷释放量大于静置条件下的底泥磷释放量。（4）微生物对磷释放有明显的影响。从本次模拟实验结果看，体系温度升高、减少溶解氧、提高pH以及施以水动力作用，均可使底泥中的磷释放量增加，在常温（25℃）、厌氧、pH=7.5条件下，底泥中磷向水体的释放量将增加17％左右。     

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.     

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.     

污染底泥的原位钝化技术研究进展

底泥是湖泊重要的内源污染来源,关于底泥污染控制的研究近年来受到广泛重视。目前对底泥污染的控制技术主要包括原位处理技术和异位处理技术。原位处理技术主要包括钝化、覆盖、生物修复等。钝化技术是一种高效的湖泊内源污染控制技术,它通过抑制内源营养盐的释放来控制水体营养盐含量。文章综述了底泥原位钝化技术的研究及其应用情况;分析了原位钝化技术的特点及主要功能;介绍了常用底泥钝化剂的应用情况以及新型钝化剂的研究进展;并对原位钝化技术的未来发展进行了展望。     

微生物活动对富营养化湖泊底泥磷释放的影响

目前,影响内源磷释放的物理、化学因素已有较为系统的研究,而微生物对磷释放的影响一直以来并未有确切的结论。针对上述问题,文章首先研究能够有效抑制水体微生物增殖的方法,并建立了能有效控制微生物活性的对照模型,在此基础上进一步研究微生物的存在对底泥磷释放的影响。结果表明,按50 mg/L添加量分别加入铜、铬和镉3种重金属离子,无法抑制上覆水中微生物的活性,而40%的甲醛溶液是较好的微生物抑制剂;当底泥和上覆水中微生物数量增加时,微生物的活动会导致泥水界面氧化还原电位降低,同时细菌代谢过程产生的酸类会溶解底泥中难溶的磷酸盐,从而促进底泥磷的释放,释放量可达底泥总磷原有含量的20.11%;反之,底泥会吸附上覆水中的磷,增加量占底泥原有总磷的15.02%。     

稳定剂增强的土壤原位覆盖抑制河流底泥氮磷释放研究

采用添加稳定剂的方式增强土壤覆盖对氮磷营养盐的抑制效果。以河流黑臭底泥为试验对象,通过底泥培养试验研究了无覆盖层、土壤覆盖、土壤+H2O2覆盖和土壤+KMn O4覆盖对底泥氮磷释放的抑制效果。研究结果表明:与无覆盖组相比,3种材料覆盖都可抑制底泥氮磷的释放。KMn O4的添加会促进含氮有机物的分解,提高土壤中三价铁含量,H2O2会提高水体溶解氧水平;对于氮释放的抑制效果顺序为土壤+H2O2组>土壤组>土壤+KMn O4组,对于磷释放的抑制效果顺序为土壤+KMn O4组>土壤+H2O2组>土壤组。从抑制氮磷释放效果和环保角度综合考虑,土壤+过氧化氢是最佳的覆盖材料。     

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。