天然沸石和铁改性方解石联合覆盖对底泥铜和铅释放的控制效果及机制

本研究考察了天然沸石和铁改性方解石联合覆盖对水体底泥中铜(Cu)和铅(Pb)释放的控制效果,并探讨了相关的控制作用机制.结果发现,天然沸石(NZ)和铁改性方解石(FeCA)对水中Cu^(2+)和Pb^(2+)具有较好的吸附能力;与Langmuir模型相比,NZ对水中Cu^(2+)和Pb^(2+)的等温吸附行为更适合采用Freundlich模型加以描述;与Freundlich模型相比,Langmuir模型更适合用于描述FeCA对水中Cu^(2+)和Pb^(2+)的等温吸附行为;根据Langmuir模型计算确定的NZ和FeCA对水中Cu^(2+)的最大单分子层吸附量分别为7.98mg·g^(-1)和27.2mg·g^(-1),而NZ和FeCA对水中Pb^(2+)的最大单分子层吸附量分别为75.4 mg·g^(-1)和1150 mg·g^(-1).显然,FeCA对水中Cu^(2+)和Pb^(2+)的吸附能力优于NZ.NZ单独覆盖、FeCA单独覆盖以及NZ/FeCA联合覆盖均可以显著地降低底泥中Cu和Pb向上覆水体中释放的风险,且NZ和FeCA的联合覆盖控制底泥中Cu和Pb向上覆水体中释放的效率高于NZ的单独覆盖.NZ和FeCA联合覆盖不仅可以有效地降低上覆水-底泥垂向剖面上DGT(薄膜梯度扩散技术)有效态Cu和Pb的浓度,而且可以降低底泥-水界面Cu和Pb扩散通量.被NZ和FeCA联合覆盖层所吸附的Cu主要以可氧化态和残渣态这两种形态存在(占总量的91.5%),而Pb的存在形式则为残渣态(48.8%)>可还原态(26.9%)>可交换态(17.2%)>可氧化态(7.16%).NZ和FeCA联合覆盖对底泥中DGT有效态Cu和Pb的削减,对于其控制底泥中Cu和Pb向上覆水体中释放是至关重要的.

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/氯磷灰石混合物添加对水体内源磷迁移转化的调控效应和机制

阐明方解石/氯磷灰石混合物添加对内源磷迁移转化的调控效应与机制,对于其实际应用至关重要.为此,本文采用氯化钙和磷酸钠制备得到氯磷灰石,再与天然方解石进行混合,形成氯磷灰石和方解石的混合物,然后通过批量吸附实验考察了该混合物对水中磷酸盐的去除作用,再通过底泥培养实验考察了该混合物添加对底泥中磷迁移转化的影响.结果表明,该混合物对水中磷酸盐的去除能力明显强于单纯的方解石和氯磷灰石;该混合物对水中磷酸盐的去除动力学过程较好地符合准二级和Elovich动力学模型;增加方解石和氯磷灰石的投加量均有利于该混合物对水中磷酸盐的去除;溶液共存钙离子促进了该混合物对水中磷酸盐的去除.该混合物的添加可以有效控制底泥中磷向上覆水体的释放,导致上覆水中的溶解性活性磷(SRP)浓度处于相对较低的水平.此外,该混合物添加还可以降低间隙水中SRP的浓度,其对间隙水中SRP的削减作用对其调控底泥中磷向上覆水体的迁移转化起到重要的作用.该混合物添加虽然会增加底泥中磷的含量,但所增加的磷主要是以稳定的钙磷形式存在,发生二次污染的风险低.结果显示,方解石/氯磷灰石混合物可以作为底泥改良材料用于水体内源磷释放的控制.

镁铁层状双金属氢氧化物对磷酸盐的吸附作用及对内源磷释放的控制效果及机制

为确定镁铁层状双金属氢氧化物(Mg/Fe-LDH)添加对水体内源磷释放的控制效果及机制,本文首先研究了Mg/FeLDH对水中磷酸盐的吸附特征和机制,再研究了其添加对底泥磷吸附能力的影响以及对上覆水和间隙水中磷的影响进而评估了吸附磷酸盐后Mg/Fe-LDH中磷的稳定性.结果发现,与准一级和准二级动力学模型相比,Mg/Fe-LDH对水中磷酸盐的吸附动力学过程更好地满足Elovich模型;与Langmuir模型相比,Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型更加适合用于描述Mg/Fe-LDH对水中磷酸盐的等温吸附行为;当溶液pH值为4~10时,吸附容量相对较高,而当pH值由10增加到11时,吸附容量则显著下降;共存Ca2+和Mg2+对吸附起促进作用,Na+和Cl-的影响可以忽略不计,而SO42-和HCO3-则对吸附起负面影响.阴离子交换、静电吸引、配位体交换和内层配合物形成是Mg/Fe-LDH吸附水中磷酸盐的主要机制.Mg/Fe-LDH添加不仅会降低上覆水中溶解性活性磷(SRP)浓度而且会降低间隙水中SRP浓度.Mg/Fe-LDH添加也会显著增强底泥对水中磷酸盐的吸附能力,且投加量越大,促进效果越明显.被Mg/Fe-LDH所吸附的磷酸盐主要以NH4 Cl提取态磷(NH4Cl-P)、氧化还原敏感态磷(BD-P)和金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)形态存在,分别占总磷的13.7%、34.0%和52.3%.被Mg/Fe-LDH所吸附的磷酸盐中大约有一半的磷会以较为稳定的形式存在不容易被重新释放.考虑到被Mg/Fe-LDH所吸附磷酸盐中大约有一半的磷会以不稳定的形式存在,存在重新释放的风险,因此将吸附饱和后的Mg/Fe-LDH进行回收是非常必要的.

毒死蜱和重金属对近海沉积物碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性的影响

选择连云港近海临洪河口河心浅滩沉积物,采用不同浓度毒死蜱和重金属于室内培养,研究了毒死蜱和重金属对沉积物碱性磷酸酶和过氧化氢酶酶活性及其动力学特征的影响。研究结果表明:1)碱性磷酸酶活性受毒死蜱影响显著,峰值出现在10-200mg/kg浓度区间,培养第三周时V_(max)显著下降,酶活性抑制作用最显著。2)毒死蜱对过氧化氢酶激活作用的峰值出现在50mg/kg处。培养三周,过氧化氢酶活性逐渐回归正常值。3)Cd处理对沉积物碱性过氧化氢酶和过氧化氢酶抑制作用显著,明显强于Pb处理以及Cd、Pb复合处理,而Pb在相当程度上缓解了Cd对两种酶的抑制作用。4)酶活性可以用来指示沉积物的早期污染状况。