不同模拟条件下太湖沉积物-水界面磷行为的研究

随着大量的磷输入水体,太湖富营养化已经成为一个严重的环境问题。沉积物内源磷的释放是湖泊上覆水体磷浓度升高的重要因素之一。文章针对太湖特征,模拟影响沉积物内源磷释放过程因素中的扰动、溶解氧和pH条件研究表层沉积物的内源磷行为。结果表明,在厌氧环境下有利于磷的释放,且没有扰动条件要比有扰动的释放量大,达到0.297 mg/L;好氧条件不利于磷的释放,经过好氧培养的沉积物中有机磷平均减少了约50%,好氧-厌氧交替使得铁结合态磷提高了0.001 8 mg/g。pH 8.2~8.6有助于沉积物磷的释放,且不同pH值下沉积物磷的最大释放时间不同,pH 9.0沉积物磷在1 d时最大释放量达到0.162 mg/L;沉积物中磷在不同pH下的形态会发生不同程度的转变,其中铁结合态磷(Fe-P)的转变最大。可见扰动、溶解氧、pH对沉积物内源磷的释放有着显著影响。     

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。     

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。     

湖泊底泥释磷预测模型及控制研究

双龙湖是浅水型城市湖泊,在外源污染得到有效控制后,内源污染成为湖泊营养物主要负荷,因此笔者分析了双龙湖底泥释磷影响显著因子（温度、pH、溶解氧、水动力）,并用多元回归得出双龙湖底泥平均释磷强度模型：R=0.396＋0.0184[T]＋0.0589[pH]-0.176[DO]＋0.122[K],通过释磷模型预测不同环境条件下底泥释磷规律,从而采取适宜措施抑制磷释放,控制内源污染.     

东部平原不同类型湖泊沉积物中有机磷的特征

以选自东部平原3种不同类型8个浅水湖泊的18个表层沉积物样品为研究对象,运用分级提取法,研究了沉积物中有机磷（OP）质量分数、形态及其分布状况,并探讨了OP组分与湖泊富营养化的关系. 结果表明:东部平原湖泊沉积物中w（OP）为65.2～539.2 mg/kg,占w（TP）的19.9%～40.6%,污染程度高的沉积物w（OP）高于污染程度较轻的沉积物. 沉积物中各形态有机磷主要以中活性有机磷（MLOP）与非活性有机磷（NLOP）为主,不同类型湖泊沉积物中各形态w（OP）顺序均为城市湖泊>大型养殖型湖泊>大型自然湖泊. 城市湖泊与养殖型湖泊以NLOP为主,其相对含量达到50%以上;而大型自然湖泊以生物有效性有机磷（LOP+MLOP）为主,其相对含量为54.6%～61.6%,表明沉积物中有机磷分布状况与湖泊污染程度和人类活动紧密相关. 酸提取有机磷质量分数〔w（HCl-P_o）〕为10.5～200.9 mg/kg,在不同污染程度湖泊沉积物中差异明显,其和总有机磷（P_o）的比值〔w（HCl-P_o）/w（P_o）〕与湖泊水质指标呈显著正相关（P<0.01）,与沉积物w（TP）,w（OP）,w（LOP）及w（MLOP）也均呈显著正相关（P<0.01）,即沉积物中的HCl-P_o可能是湖泊水体磷的重要来源,沉积物中w（HCl-P_o）/w（P_o）可以反映湖泊的富营养化程度.      

巢湖内源磷释放特点、稳定性及化学控制研究

以巢湖内源磷负荷为研究对象,通过实验室模拟,探讨了巢湖内源磷释放过程上覆水中ρ(总磷)和ρ(铁)之间的关系,重点研究了pH和溶解氧对内源磷释放的影响,并对实验前后沉积物中各形态内源磷的含量进行比较.结果表明:上覆水中ρ(总磷)与ρ(铁)呈正线性相关;pH相同时,厌氧条件下内源磷的释放量约是好氧条件的9.16倍;无论是好氧还是厌氧条件,内源磷的释放量均是碱性条件最大,酸性次之,中性最小;铝磷、铁磷的释放量随pH增大而增大;在酸性条件下,钙磷是内源磷释放的主要来源.最后讨论了氯化铝和氯化铁控制磷负荷的作用.      

改性沸石的磷钝化影响因素研究

通过实验室模拟,对比研究了在不同环境条件下(温度、pH值、溶解氧和上覆水磷浓度)改性沸石的沉积物磷钝化效率。结果表明:改性沸石能有效减少不同环境条件下沉积物磷的释放量,具有较好的钝化效果,同时可吸附减少水体重金属离子含量,对水环境基本上没有负面影响。改性沸石对沉积物磷的钝化效率主要受水体pH值控制,上覆水体溶解氧含量、水体温度和上覆水磷含量对钝化效果影响较小。     

海河沉积物中磷释放的模拟研究

在实验室条件下,分别对海河沉积物中磷的释放量与沉积物磷形态分布的关系及好氧/厌氧条件,pH,温度,外源磷含量,微生物活动等环境因素对其的影响进行了模拟研究. 结果表明,微生物作用是影响海河沉积物中磷释放量的主要因素;厌氧条件下,磷从沉积物向水体的释放量远高于好氧条件下沉积物磷的释放量;温度升高有利于沉积物中磷的释放;酸性和碱性条件下沉积物磷的释放量略高于中性条件下沉积物磷的释放量;当上覆水磷含量较高时,沉积物中的磷呈“负释放"状态. 研究还显示,沉积物中不同形态的磷含量与沉积物磷释放量有不同程度的相关性,其中可交换态磷(NH₄Cl-P)和可还原态磷(BD-P)含量与沉积物磷的释放量高度相关(R2分别为0.99和0.84).      

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.     

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。     

北运河下游典型灌渠沉积物有机磷形态分布特征

采用Bowman-Cole有机磷分级修正体系,分析了北运河下游典型灌渠泗村店干渠上游至下游7个采样区柱状沉积物中有机磷的赋存形态、分布及其垂向变化特征.结果表明,干渠沉积物总磷(TP)平均含量介于654.9～1 285.4 mg.kg-1,有机磷(TOP)平均含量则为241.6～501.1 mg.kg-1,占TP的34.08%～41.86%,TOP/TP较其他区域明显偏高.垂直分布上看,不同形态有机磷变化趋势迥异,活性有机磷(LOP)随着深度的变化呈先递增后递减的趋势,中活性有机磷(MLOP)则呈逐渐减少趋势,而稳性有机磷(NOP)却变化不大.MLOP是TOP的主要存在形态(39.03%～85.72%),高于LOP(7.73%～24.13%)和NOP(10.14%～35.64%).MLOP是该区域沉积物P的重要储备,其向LOP的转化过程及其对上覆水体富营养化效应值得关注.     

洱海表层沉积物中磷形态分布及pH、DO影响的分析

研究了洱海代表性区域表层沉积物中总磷分布及不同形态磷赋存特征,探讨了pH值及溶解氧对沉积物中总磷和各形态磷赋存状态的影响。结果表明洱海表层沉积物中总磷和不同形态磷分布不均,总磷含量湖心高于湖口,湖心区域闭蓄态磷(BD-P和Al-P)和生物有效态磷占总磷的比例较高,更容易受pH和DO的影响,碱性和厌氧条件会增加洱海湖心底泥中磷的潜在释放能力。     

沉积物中有机磷在pH和温度影响下的矿化机制

通过实验室模拟,采用Bowman-Cole有机磷分级修正体系研究了pH和温度对沉积物中有机磷矿化的影响机制.结果表明,pH为6.5、 7.5、 8.5时有机磷（TOP）占总磷（TP）比例分别介于31.71%～41.73%、30.85%～43.29%和27.25%～56.31%之间,碱性条件促进有机磷矿化,中性条件下矿化速率减缓.15℃、25℃和35℃的TOP/TP分别介于29.07%～46.62%、27.81%～46.62%和34.56%～46.62%,在30 d模拟期内,前10 d有机磷矿化随着温度上升而增加,后20 d呈相反趋势.在偏酸性和高温条件下,稳性有机磷（NOP）向中活性有机磷（MLOP）的转化,中活性有机磷（MLOP）向活性有机磷（LOP）的转化呈现同步性,LOP矿化分解很快,使其可能成为上覆水中藻类生长的磷源,潜在影响了富营养化进程.     

厌/缺氧时间对好氧颗粒污泥同步硝化内源反硝化和除磷的影响

选用4组同规格SBR反应器,在A/O/A模式下以水解酸化液为进水,调整厌/缺氧时间分别为50min/170min、90min/130min、130min/90min、180min/40min,探讨颗粒污泥在不同厌/缺氧时间下脱氮除磷特性.结果表明,厌氧时间从50min延长至90min时,污泥内碳源储存量和释磷量增加,同步硝化反硝化(SND)效率提高至62.65%,TN、TP去除率分别从81.1%、82.2%上升92.9%、98.5%.当厌氧时间从90min升至180min时,释磷量反而下降,厌氧内源性条件刺激胞外聚合物(EPS)增加造成聚羟基烷酸(PHA)合成下降,TP去除率降至88.1%;同时缺氧时间从130min降至40min,系统残留的NOX-较多,造成TN去除率降低至84%.机理分析表明系统中TN在好氧段由反硝化聚磷菌(DPAOs)和反硝化聚糖菌(DGAOs)利用PHA以SND方式消耗,并在缺氧段由DGAOs内源反硝化进一步去除,TP由PAOs和DPAOs去除,由批次实验估算得DPAOs占比在R2中最高,达41%,4组反应器运行期间颗粒均未发生解体,以水解酸化液为基质培养的颗粒...     

菹草和伊乐藻对水-沉积物界面磷迁移转化的影响

冬季沉水植物普遍凋亡,死亡残体易造成湖泊二次污染.为探究冬季耐寒性沉水植物对水-沉积物界面各形态磷迁移转化的影响,选取根系特征不同的冬季耐寒性沉水植物菹草（Potamogeton crispus L.）和伊乐藻（Elodea nuttallii）作为研究对象,测定其冬季生长期间上覆水、间隙水和沉积物中各形态磷的含量,并监测环境因子的变化.结果表明:①菹草、伊乐藻组生长期间水-沉积物界面各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持较低水平,菹草对沉积物和间隙水磷的吸收效果优于伊乐藻,而伊乐藻对上覆水磷的影响大于菹草.②试验第30天后,菹草、伊乐藻组上覆水和间隙水各形态磷质量浓度均显著低于对照组（P < 0.05）,上覆水中ρ（TP）最低值分别为0.057和0.041 mg/L,间隙水中ρ（DTP）（DTP表示溶解性总磷）分别维持在0.270~0.505、0.384~0.507 mg/L之间.③试验结束时,菹草组沉积物中w（TP）、w（IP）（IP表示无机磷）和w（NaOH-P）（NaOH-P表示NaOH提取态磷）分别低至643.68、415.79和120.17 mg/kg,分别下降了16.54%、18.37%和35.82%,伊乐藻组分别低至700.39、457.87和145.29 mg/kg,分别下降了10.24%、11.17%和24.67%;菹草、伊乐藻植株体内TP质量分别增加了588.94和464.59 mg.研究显示,菹草、伊乐藻在生长期间均能有效吸收磷,同时改变了pH、E_h等环境因子,从而影响磷在水-沉积物界面的迁移及磷形态的转变.      

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.     

同时硝化/反硝化除磷工艺的脱氮除磷效能

为实现同时硝化/反硝化除磷(SNDPR),在序批式活性污泥反应器(SBR)中,采用厌氧/好氧和厌氧/缺氧/好氧2种运行模式驯化污泥,并考察了厌氧/低氧模式下SNDPR过程中COD、PHB、TP、TN、DO和电化学参数的变化规律。结果表明,经2阶段驯化,反硝化聚磷菌比例提升至85.9%,硝化速率达5.97 mg(/L.h),实现了反硝化除磷菌和硝化菌的良好共存;在厌氧/低氧模式下,SNDPR对低碳城市污水具有良好脱氮除磷效果,TP、TN和COD去除率达到93.7%、79%和87.7%;PHB与COD降解、TN降解和TP吸收有良好的相关性,也是SNDPR过程的碳源驱动力;pH和ORP曲线上"谷点"预示厌氧释磷结束,pH曲线"折点"指示SNDPR结束。     

南方泛黑水库Fe、Mn及硫化物的迁移规律研究:以南宁天雹水库为例

Fe和Mn是氧化还原敏感元素，厌氧与有氧均会造成Fe、Mn及硫化物沉积物释放和形态转化，导致水质恶化，目前鲜有研究将泛黑与Fe、Mn及硫化物迁移规律耦合。选取广西壮族自治区南宁天雹水库为研究对象，于2018年3-12月对水库不同深度进行采样，分析水库水质的季节性变化特征以及对Fe、Mn、硫化物迁移转化规律的影响。结果表明:热分层结构主要受气温变化影响，分层期温跃层形成导致垂向理化性质差异，形成底部低温厌氧环境。独特的红土壤结构使Fe和Mn具有更强的内源释放能力，在降雨冲刷及长期厌氧影响下Fe和Mn底层大量释放，浓度达到0.76，1.47 mg/L，高浓度Fe抑制了硫化物释放（0.005 mg/L）。泛黑期分层破坏引发垂向对流混合，复氧使Fe、Mn及硫化物形态转化，向上迁移同步产生FeS、MnS等致黑物质，触发表层产生泛黑现象，后续开展黑水触发机制与物质甄别研究是解决泛黑问题的关键。