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.     

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.     

几种覆盖材料抑制湖泊污染底泥氮释放的试验研究

建立了一套模拟湖泊小试装置,分别采用含黏土的沙子、清洁黄土和土工布3种材料覆盖湖泊污染底泥,抑制底泥中的氮释放。试验控制在恒温25℃厌氧条件下进行,经过75d静置试验,结果表明:含黏土的沙子和清洁黄土均能有效抑制污染底泥的氮释放,而单独使用土工布的效果不佳;覆盖材料的覆盖厚度越厚,抑制污染底泥氮释放的效果越好;覆盖厚度为5cm、15cm和30cm的沙子对污染底泥氮释放的抑制率分别为74.9%、94.0%和96.8%,覆盖厚度为5cm、15cm和30cm的黄土对污染底泥氮释放的抑制率分别为77.2%、95.5%和98.8%,可见黄土的效果更优;从工程成本考虑,采用15cm覆盖厚度即可。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

水源水库污染底泥不同修复方法脱氮效果对比实验研究

总氮超标是大部分水源水库具有的共性水质问题.在外源污染得到有效控制,上游来水氮负荷较低的情况下,底泥內源氮释放对上覆水体水质影响巨大.因此,在泥水界面处对污染底泥进行合理修复以有效抑制底泥氮释放是解决总氮超标问题、控制水源水质的关键.本研究通过模拟实验对比研究了3种不同修复方法,即覆盖填料、投加功能微生物和投加铁粉在界面处的脱氮效果.结果表明,填料覆盖技术具有更明显的脱氮效果,对氨氮的平均抑制率为83%,最高时可达92%,对总氮的平均抑制率达73%,且效果稳定.     

覆盖法控制城市河涌底泥磷释放研究

建立了一套包含有城市河涌底泥、覆盖材料及上覆水的小试装置,采用粉煤灰、水泥、沸石、河砂、玻璃珠等不同物质作为覆盖材料,在厌氧条件下,覆盖材料对城市河涌底泥磷释放的控制效果进行了研究.结果表明,在培养温度为25℃,覆盖材料用量为6.0kg·m-2时,玻璃珠、河砂、沸石、粉煤灰、水泥对PO43-释放的抑制率分别为40.0%、46.7%、60.0%、75.6%、88 9%;覆盖材料对PO43-的抑制作用可归结为覆盖材料的覆盖效应、化学效应和吸附效应;覆盖材料对PO43-释放的抑制率均随着温度的升高而降低;覆盖材料用量对PO43-抑制率影响较大,对于水泥、粉煤灰、沸石、河砂,要达到约50%的PO43-释放抑制率,其用量分别为2.0、2.0、6.0、10.0 kg·m-2,选用粉煤灰作为覆盖材料较合适;从重金属毒理学方面讲,覆盖材料不会对底泥及区域土壤造成影响.     

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。     

赤泥及粉煤灰处理磷石膏堆场废水的方案筛选及评价

采用L9（3^4）的正交设计法,以可溶性正磷酸盐下降率及pH值上升率为评定指标,对赤泥及粉煤灰处理磷石膏堆场废水的优化方案进行筛选。实验结果表明,降低可溶性磷酸盐含量的最佳方案为赤泥1．60g,粉煤灰0．80g,水样100ml,时间4d。提高pH的最佳方案为赤泥1．60g,粉煤灰0．40g,水样100ml,时间3d。     

几种吸附材料对磷吸附性能的对比研究

针对白洋淀府河水体磷污染问题,研究了天然沸石、硅藻土、粉煤灰、赤泥、铁铝泥五种材料对磷的吸附性能,并利用盐酸改性铁铝泥、铁盐改性粉煤灰和赤泥,对比研究了改性后材料对磷的吸附能力,探讨了水体pH值和其他离子对其吸附性能的影响。结果表明:沸石、硅藻土、粉煤灰、赤泥对磷的吸附符合一级动力学模型,而铁铝泥和改性后材料吸附磷符合准二级动力学模型;改性前后各材料吸附磷等温线均符合Langmuir方程。各材料吸附磷能力为:改性赤泥>改性粉煤灰>改性铁铝泥>铁铝泥>赤泥和粉煤灰>沸石>硅藻土,改性材料吸附磷能力明显提高。溶液pH值显著影响改性材料吸附磷效果,pH为7时吸附量最大;硫酸根和碳酸氢根离子抑制磷的吸附,氯离子和硝酸根离子没有明显影响。     

铝业赤泥免烧砖中试生产及产业化

利用铝厂赤泥、自备电厂粉煤灰、矿山石渣为主要原料在国内第一条赤泥砖生产线上进行了中试生产,采用了自然养护和蒸压养护两种生产工艺。自然养护的赤泥免烧砖达到了非烧结普通粘土砖标准(JCT4221991)(1996)中15级要求,蒸压养护的赤泥免烧砖达到了蒸压灰砂国家标准(GB119451999)中优等品MU15级的要求。通过成本核算,自然养护的赤泥免烧砖的生产成本能够控制在0.11元块以下,蒸压养护的赤泥免烧砖的生产成本能够控制在0.14元块以下,具有较好的经济性。     

水库浅水区底泥营养物质释放与藻类生长关系研究

采用围格试验,通过对自然条件下的水库浅水区底泥及上覆水体的模拟,研究了水库浅水区底泥营养物质的释放规律及其与藻类生长的关系。结果表明:水库浅水区底泥营养物质在第10天开始释放,在第17天出现峰值,营养物质的释放会加速藻类的生长;改变底泥原始上覆水的水质条件,低浓度的原始上覆水可加速底泥营养物质的释放,同时藻类出现峰值的时间晚于高浓度的上覆水;雨季的到来可以加速底泥中P的释放,进而加速藻类的爆发,特别是绿藻爆发;藻类爆发前期,p H和溶解氧均会升高并出现峰值。     

生活垃圾焚烧飞灰制陶瓷砖表征

为了探索生活垃圾焚烧飞灰资源化利用途径,在对飞灰化学组成及矿物成分分析的基础上,利用飞灰、黄陶土、耐火砂及长石研制陶瓷砖,最佳配比方案为:飞灰20%,黄陶土60%,长石10%,耐火砂10%,分析了最佳配比制品的吸水率、抗压强度、微观结构及水平振荡浸出毒性。结果表明:飞灰属SiO2-Al2O3-金属氧化物体系,主要矿物成分是钙硅酸盐及铝硅酸盐等,可用于制陶瓷砖;最佳配比制品达MU15强度等级,满足抗风化的要求;随煅烧温度的升高,制品结构不断密实化,960℃烧成的制品显示出完全烧结的特点,960~1 000℃烧成的制品中出现明显的晶化、玻璃化过程。最佳配比制品重金属浸出毒性完全达标,重金属的浸出率与坯体相比大大降低。     

Comparison study of phosphorus adsorption on different waste solids: Fly ash, red mud and ferric–alum water treatment residues

The adsorption of phosphorus(P) onto three industrial solid wastes(fly ash, red mud and ferric–alum water treatment residual(FAR)) and their modified materials was studied systematically via batch experiments. Compared with two natural adsorbents(zeolite and diatomite), three solid wastes possessed a higher adsorption capacity for P because of the higher Fe, Al and Ca contents. After modification(i.e., the fly ash and red mud modified by FeCl_3 and FARs modified by HCl), the adsorption capacity increased, especially for the modified red mud, where more Fe bonded P was observed. The P adsorption kinetics can be satisfactorily fitted using the pseudo-second-order model. The Langmuir model can describe well the P adsorption on all of the samples in our study. p H and dissolved organic matter(DOM) are two important factors for P adsorption. Under neutral conditions, the maximum adsorption amount on the modified materials was observed. With the deviation from pH 7, the adsorption amount decreased, which resulted from the change of P species in water and surface charges of the adsorbents. The DOM in water can promote P adsorption, which may be due to the promotion effects of humic-Fe(Al) complexes and the pH buffer function exceeds the depression of competitive adsorption.     

赤泥改良过程中微生物群落及酶活性恢复研究

本研究选用蛭石、粉煤灰为基质改良剂,以园林落叶为改良基质的有机质来源,通过长期取样分析培养基质pH值、EC、CEC等基本理化指标、氮素（NO₃^--N）含量以及微生物群落功能多样性、群落结构、酶活性等微生物指标的动态变化,来评估赤泥生态修复效果.结果表明,赤泥基质改良处理能显著降低赤泥比重,增加其孔隙率;经近1a的室外培育,基质的pH值、EC分别由11.25和1.05mS/cm降至8.49和0.27mS/cm,硝态氮含量也由8.72mg/kg增至72.17mg/kg;相应的脱氢酶、脲酶及碱性磷酸酶活性也日趋接近对照土壤,微生物群落多样性逐渐增加,群落结构显著变化,其整体代谢功能逐渐恢复.综合比较各处理的修复效果,可知在相同有机质添加量下,粉煤灰添加的处理效果优于蛭石添加,可加速赤泥的土壤化进程,为赤泥土壤化修复和规模化处理研究提供科学依据.