SMFC用于湖泊底泥处理及影响因素的研究进展

介绍了沉积物微生物燃料电池(SMFC)的运行机理,阐述了SMFC用于湖泊底泥污染物(有机质、氮磷、重金属及有机污染物等)去除过程机理及效果,分析了影响SMFC系统处理效能及产电性能的重要因素(电极材料及距离、微生物种类及丰度、pH及DO等),以期更好地将SMFC应用于实际工程。

基于湖泊底泥的植物种植基对牧草生长的影响试验

为揭示湖泊底泥资源化利用在生态修复领域的效果,以呼伦湖底泥作为主要基质,通过添加牛粪、羊粪、秸秆制作植物种植基用于草原牧草恢复。试验设置7个处理,从牧草发芽率和成活率、株高、平均根长等物理性状,以及牧草与种植基的有机质、养分含量和酸碱度等化学性状方面,探究不同原料配比下种植基对草原牧草生长发育的影响。结果显示,TN3(底泥、牛粪、秸秆体积比为2∶3.25∶2)与TY6(底泥、羊粪、秸秆体积比为2∶3.25∶2)处理牧草生长状况最好,且冰草生长状况优于羊草;TN3与TY6处理的冰草发芽率分别为73.00%和72.00%,羊草发芽率分别为19.00%和28.00%;对于牧草其他物理性状指标以及牧草与种植基化学性状指标,TN3与TY6处理均高于其余处理,表明底泥与秸秆含量越高,牧草生长状况越好,且TY6优于TN3,即相同配比下添加羊粪的种植基更有利于牧草生长。研究结果可为呼伦湖底泥资源化利用以及沙化草地治理提供技术支撑。

城市湖泊底泥污染分析及生态风险评价——以沅江市中心城区为例

近年来,随着经济的快速发展和城市化进程的加快,城区污水排放量增加,城市湖泊底泥污染问题变得十分突出。采用营养盐有机指数法、重金属内梅罗指数法和潜在生态风险指数法,分析沅江市中心城区湖泊底泥的污染状况和风险水平,以期为城市湖泊底泥污染治理和水环境系统的可持续发展提供科学依据。结果显示:各湖泊底泥污染风险水平受人类活动和工业企业污染影响的程度由大到小排序为X湖>S湖>L湖>H湖;H湖底泥营养盐和重金属整体处于尚清洁水平;L湖L1#、L7#、L8#点位浮泥层底泥存在不同程度营养盐或重金属超标情况,L1#过渡层底泥重金属潜在生态风险指数达到了中等风险水平;S湖S7#、S12#点位浮泥层底泥重金属潜在生态风险指数达到了中等及以上污染风险水平,S3#点位浮泥层底泥重金属潜在生态风险指数达到了强风险水平;X湖X3#、X4#点位浮泥层底泥重金属内梅罗指数最高达到了重度污染水平,与潜在生态风险指数的极强风险水平相吻合,建议进一步核实后结合实际情况对污染湖泊开展内源污染治理工作。

湖泊底泥氮磷污染特征与环境风险评估——以湖北省枝江市杨家垱湖和陶家湖为例

为推进区域性湖泊污染防控,有效改善湖泊富营养化问题,选取湖北省枝江市杨家垱湖和陶家湖两个典型湖泊为研究区,通过对湖泊底泥沉积物进行分层勘测并测定其氮磷含量,查明研究区典型湖泊底泥氮磷污染的特征,结合底泥氮磷释放试验,综合分析湖泊底泥污染程度及其潜在的环境风险,并提出底泥环保清淤建议。结果表明:(1)研究区典型湖泊底泥氮磷污染严重,是导致水体富营养化的重要因素;研究区湖泊表层底泥氮磷综合污染处于重度或严重污染状态(污染指数IN>2),以陶家湖东北部底泥氮磷污染最为严重;湖泊重度污染底泥总量分别达65.57万m^(3)(陶家湖)和12.05万m^(3)(杨家垱湖),其中杨家垱湖重度污染底泥的分布深度较陶家湖更深。(2)研究区典型湖泊底泥在氮磷释放试验中基本都能向上覆水体释放大量氮,尤以杨家垱湖底泥更甚;相较之下,底泥磷释放对湖水环境的影响相对较弱,深层底泥可反向吸附孔隙水中磷,有利于湖泊富营养化的控制。(3)基于研究区典型湖泊底泥氮磷污染特征提出湖泊清淤方案,建议湖泊清淤区域主要为重度污染底泥深度大于40 cm的湖域,清淤深度为50 cm,重点清淤区域位于杨家垱湖西部和陶家湖东北部。

湖泊底泥氨氮释放规律研究

湖泊底泥是污染物的“汇”和“源”,当水环境条件发生改变时可以相互转化。本文以厦门市某湖泊底泥为研究对象,通过改变上覆水溶解氧条件,研究湖泊底泥中氨氮释放规律和强度。结果表明:在好氧条件(DO≥2mg/L)下,氨氮持续释放为4-18d,均值为12d;释放强度为77.01-146.07mg/(m^(2)·d),均值为105.55mg/(m^(2)·d);上覆水氨氮浓度峰值为4.57-5.73mg/L,均值为5.11mg/L;氨氮释放量为584.28-1425.06mg/m^(2),均值为1058.76mg/m^(2)。在缺氧条件(DO≤1mg/L)下,氨氮持续释放为12-18d,均值为15d;释放强度为67.55-103.07mg/(m^(2)·d),均值为83.94mg/(m^(2)·d),上覆水氨氮浓度峰值为7.3-10.6mg/L,均值为8.21mg/L;氨氮释放量为945.70-1524.82mg/m^(2),均值为1208.36mg/m^(2)。底泥氨氮在好氧和缺氧环境下都是释放的,但缺氧条件下,底泥氨氮释放天数、上覆水氨氮浓度峰值、释放量都比好氧条件大。可见,缺氧环境能够促进氨氮的释放。

重金属-总石油烃复合污染湖泊底泥修复工程实例

采用异位化学氧化及固化稳定化技术联合修复重金属-总石油烃复合污染湖泊底泥,底泥中六价铬、镍、锌和总石油烃4项指标均超出浙江省《污染场地风险评估技术导则》(DB 33/T892-2013)中住宅及公共用地筛选值,修复底泥方量总计1.59×10^(4)m^(3)。项目竣工验收时底泥质量满足《污染场地风险评估技术导则》和《地下水质量标准》Ⅳ类水质标准,可回用作为路基材料。工程的成功实施为类似湖泊污染底泥修复提供了参考和借鉴。

湖泊底泥改性固化的强度特性和微观结构

将灰渣胶凝材料作为改性剂应用于湖泊环境疏浚底泥的固化处理,研究了改性淤泥的强度特性,探讨灰渣胶凝材料对淤泥的改性机理。改性淤泥的抗压强度试验结果表明,当灰渣胶凝材料质量掺入比为5%时,能够显著提高改性淤泥的各个龄期强度;当掺入质量比为12.5%时,28天强度可以达到1.55 MPa。改性淤泥的早期强度较高,后期强度能持续增长,同时具有良好的耐水浸泡性能。SEM分析表明,灰渣胶凝材料能与底泥颗粒中的活性物质发生火山灰反应,形成高强难溶的胶结物,使改性淤泥中大孔隙数量减少,改善了淤泥土颗粒之间的胶结性能。这说明灰渣胶凝材料是一种性能优异的底泥改性材料。

利用湖泊底泥和粉煤灰制备瓷质砖的实验研究

将湖泊底泥引入瓷质砖的生产 ,既可消除污染 ,又能减少传统的瓷质砖生产中所需的粘土 .以武汉市东湖底泥和湖北黄石电厂粉煤灰为主要原料 ,辅以伟晶花岗岩、石英为添加剂 ,设计 4个底泥含量分别为 4 0 %、5 0 %、6 0 %和 70 %的配方 ,每一配方压制 6片生坯 ,分别在 1 1 90 ,1 1 75 ,1 1 6 0 ,1 1 30 ,1 1 1 5和 1 1 0 0℃下烧成 .XRD分析显示瓷坯中的莫来石晶相随烧成温度的升高而增加 .在 1 1 6 0～ 1 1 75℃烧成的瓷坯的吸水率和断裂模数测试结果分别为 0 .0 8%～ 0 .2 0 %和 39.36～ 5 1 .0 8MPa ,表明利用湖泊底泥和粉煤灰作为主要原料可以烧制瓷质砖 ,二者的总用量可达 75 %～ 80 % .

城市污泥与湖泊底泥土地利用对土壤-植物系统中养分及重金属Cd、Pb的影响

采用田间小区试验,探讨了城市污泥与湖泊底泥土地利用对土壤-植物系统中养分及重金属Cd、Pb的影响。结果表明,城市污泥与湖泊底泥能有效增加土壤养分含量;重金属Cd、Pb仅累积在土壤耕层,难以向下迁移;随施用量的增加,小麦籽粒产量及其对养分的吸收量均随之增加,但仍有大量养分存留在土壤中;植株对重金属的富集顺序表现为根系>茎叶>籽粒,Cd>Pb,其中,籽粒中重金属Cd、Pb含量均未超出我国食品中重金属限量的卫生标准;如果该污泥、底泥分别以100,200 t/hm2的施用量施入土壤,可以连续施用5 a和6

松嫩平原中西部湖泊底泥营养盐的空间变异特征

在GIS技术的支持下,利用地统计学方法分析了松嫩平原中西部湖泊底泥营养盐的空间变异特征,并利用Kriging插值方法绘制了研究区营养元素的空间分布图。研究结果表明,通过块金值与基台值的比值C0/(C0+C1)可以得出总有机碳TOC具有较弱的空间相关性,总磷TP和全氮TN具有中等的空间相关性;Kriging插值表明,松嫩平原中西部地区的湖泊底泥营养盐分布格局是西南地区低于北部地区,北部地区的各项指标均超过全区的平均水平。

中国湖泊底泥的重金属污染评价研究

本文根据相关研究,搜集了中国不同区域湖泊底泥重金属含量及其某些湖泊底泥中重金属含量背景值,对数据进行处理和分析,统计了中国湖泊底泥中重金属含量的范围,分析了不同湖泊底泥重金属的浓度情况,对几个重点湖泊底泥重金属污染程度进行了评价,提出了防治湖泊底泥重金属污染的措施。

湖泊底泥絮凝沉降试验研究

湖泊底泥的运动过程产生了内源污染,加剧了湖泊生态环境的恶化。研究湖泊底泥在风浪作用下悬浮后再沉降的运移规律,可为了解湖泊水质变化成因以及开展生态环境治理提供技术支持。本课题采用有机玻璃制作的沉降桶,在静水条件下对太湖、龙感湖、巢湖的底泥进行了沉降试验,研究3个湖泊的水体在不同初始含沙浓度和不同水深条件下含沙浓度的变化,分析了3个湖泊淤泥的沉降规律,近似代表天然湖泊的底泥运动状态。试验研究表明3个湖泊水体中悬浮泥沙的沉降均为絮凝沉降,其沉降过程和沉速与单颗粒泥沙相比均发生了量和质的变化,悬浮泥沙絮凝平均沉速随沉距、含沙浓度的增大而增大。最后得出3个湖泊底泥的沉降速度,其研究结果可为采用絮凝沉降法改善水质环境提供参考依据。

电动修复湖泊底泥铬污染的可行性试验

设计了电动修复东湖底泥铬污染的可行性试验装置。在电动修复过程中,底泥的pH值变化维持在阴极液和阳极液的pH值之间;电流首先增加,然后下降,最终维持稳定。试验表明,施加直流电压20V、电动修复48h,六价铬和三价铬去除率分别达到57.3%和18.4%,说明电动技术可用于修复湖泊底泥的铬污染。

湖泊底泥与无机肥配施对土壤化学性质和冬小麦籽粒重金属Cd的影响

采用盆栽试验,探讨了湖泊底泥与无机肥料配合施用对土壤化学性质和冬小麦籽粒重金属Cd的影响。结果表明,二者交互不同处理均能增加土壤养分含量,虽然重金属Cd、Pb、Cu、Zn含量有所增加,但土壤仍清洁或尚清洁,不同处理小麦籽粒中Cd含量未超出我国食品中重金属限量卫生标准,本试验条件下,湖泊底泥以200 t/hm2和无机肥料以150 kg/hm2(尿素)+150 kg/hm2(磷酸二铵)配合施用为安全经济施肥量。

电动生物修复湖泊底泥中直链烷基苯磺酸钠

直链烷基苯磺酸钠(Linear Alkylbenzene Sulfonates,LAS)是环境中最常见的具有代表性的一类有机污染物,城市湖泊长期以来接纳了大量的污染物,致使底泥沉积了大量的LAS。采用电动生物复合技术修复东湖底泥中LAS,由于其LAS含量过高,当直接添加芽孢杆菌降解LAS时,发现无明显的降解效果。经过驯化培养芽孢杆菌,得到了降解LAS的菌株。电动生物修复LAS去除率达到40.5%,比单纯的生物修复高出三十多个百分点,比单纯电动修复高出二十个百分点。电极正负极交替有利于底泥中LAS的降解与去除。

影响湖泊底泥生物有效磷的环境因子灰色关联分析

采用灰色关联分析方法,对天鹅湖湖泊底泥中生物有效磷(BAP)含量与其它相关环境因子的相关性进行了研究。结果表明:底泥生物有效磷的检测浓度在81.62～151.47 mg/kg之间,底泥的氧化还原电位、pH、烧矢量、含水率和总磷浓度分别为67～195 mV、6.68～7.79、4.39%～6.81%、21.89%～51.78%、285.78～552.94 mg/kg。总磷、有机质、氧化还原电位、含水率、pH值与底泥生物有效磷含量的关联度分别为0.8170、0.6530、0.5658、0.6909、0.4471。因此总磷对BAP的影响最大,含水率、有机质和氧化还原电位次之,pH值的影响最小。

湖泊底泥制备烧结墙体材料的研究

试验探究了湖泊底泥掺量、烧结温度和烧结保温时间对烧结墙体材料试样的物理性能、力学性能的影响规律,结果表明:在采用湖泊底泥和瘠性页岩为主要原料能够满足原料的塑性要求和干燥敏感性系数要求,并且当污泥掺量≤85%时,烧结温度为950℃,保温时间为6 h,可以制备出强度等级达到MU20(GB5101-2003)并满足工程实用的烧结墙体材料。

湖泊底泥燃烧特性及其热动力学分析

湖泊底泥为沉积于湖泊水体底部的黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物,因其含有较高的SiO2、Al2O3等成陶成分和一定的CaO、MgO、K2O、Na2O等助熔成分以及部分有机物,可作为焙烧陶粒或其他烧结制品原料进行资源化利用。本文选用湖北黄石某湖泊底泥,测定其烧失量和有机质含量,采用XRF、ICP-OES和XRD研究其物化特性,并用同步热分析-质谱联用仪(TG-DSC-MS)进行热分析,对结果进行热动力学计算。结果表明:湖泊底泥的主要成分为石英、方解石、镁方解石、云母等矿物质;其中,SiO2含量为52.3%,Al2O3含量为14.41%,Fe2O3含量为6.89%,S含量为0.39%,P含量为0.13%,以及极少量的重金属,烧失量为14.19%,有机物含量为10.86%。湖泊底泥燃烧过程中气体释放主要发生在120~750℃阶段,主要气体有CO2、H2O、NO、NO2等,不同升温速率对湖泊底泥燃烧过程无明显影响;湖泊底泥的燃烧失重过程可以分为两个阶段,利用Coats-Redfern法的一级反应模型能够很好地描述湖泊底泥的燃烧过程,在第一阶段湖泊底泥活化能约为22.00kJ/mol,可为湖泊底泥烧结制品控制反应历程和研究固化机理提供参考。

湖泊底泥中磷的形态分布分析

目前自然水体富营养化程度越来越严重,其底泥中磷的含量也与日俱增。不同形态分布的磷在自然情况变化时表现出不同的特性,底泥中磷的形态分布对于控制水体中磷的浓度有着重要影响。本研究以五步化学分级提取法测定了12个湖泊底泥中磷的形态分布。结果表明:在底泥中与钙结合的磷较多,平均占总量的60%左右。射线衍射结果也表明12个样品中均含有较高比例的晶体钙矿物,平均含量约为49%。除了与钙结合的磷之外,其余的磷多数与铁、锰化合物相结合,其含量平均占总数的18%。黏土矿物及铝氧化物中结合的磷占总量的8%,与残余磷9%相当。松散吸附结合态的磷含量最低约占6%。研究磷的形态分布分析方法对于了解底泥中磷的形态分布以及磷在水体-底泥中的迁移转化规律有着重要意义。

应用固体表面三维荧光技术研究湖泊底泥有机质组成与结构特征

固体表面三维荧光是一种表征固态有机质组分与结构的先进技术,不需要提取固体样品中的溶解性有机质,直接对固体样品进行三维荧光光谱检测,具有可操作性、实用性、信息量大的特点。利用固体表面三维荧光光谱,结合平行因子(PARAFAC)技术、聚类分析(HCA)与分类回归树(CART)模型等分析手段,提取乌梁素海表层底泥中的荧光组分,识别影响有机质特征的关键因子,揭示有机组分的空间分异规律。根据污染程度的不同,采集了10个表层底泥样品(1#—10#),检测未处理样品和加热处理样品的固体表面三维荧光光谱,二者之差得到湖泊底泥有机质的固体表面三维荧光光谱。采用PARAFAC技术,提取了4个主要的荧光组分(C1—C4)。C1为类色氨酸物质,主要来自于内源。C2为类富里酸物质、C3为可见区类胡敏酸物质、C4为紫外区类胡敏酸物质,C2—C4主要来自于陆源。四个荧光组分的总含量在北部最高,南部次之,中部最少。C2—C4的总含量高于C1,表明湖区底泥有机质主要来源为陆源。C1在湖区南部的含量高于北部与中部,表明C1可能与大量水生植物的生长代谢有关。C2含量的空间分布为北部>南部>中部。C3在北部地区的含量远高于南部和中部,是北部地区底泥的代表性物质。C4与C2的空间分布规律大致相同。基于荧光组分HCA,得出C2与C4可能具有相同的来源;C3与C1是区别底泥有机质特征的关键因子。基于采样点HCA,可将湖区底泥分为3个不同区域,分别为北部重度污染区、南部中度污染区与中部轻度污染区。利用CART模型,进一步验证了C3与C1是识别底泥有机质特征的关键因子,使湖区底泥的分类结果更为精确,同时为后续乌梁素海底泥污染特征与污染来源的探究提供了技术支撑。