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.

不同锆负载量锆改性膨润土对水中磷酸盐吸附作用的对比

通过实验对比考察了不同锆负载量的锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附作用.结果表明,锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,整个过程可以分为快速吸附阶段、缓慢吸附阶段和平衡吸附阶段,其中缓慢吸附阶段的吸附速率受膜扩散和颗粒内扩散所控制.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附等温实验数据可以采用Langmuir、Freundlich、Sips和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型进行拟合.实验条件下,磷酸盐吸附性能随pH增加而降低.溶液共存的Na^+、K^+和Ca^(2+)促进了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附,并且Ca^(2+)的促进作用远远大于Na^+和K+,而溶液共存的HCO-3和SO2-4一定程度上抑制了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附.锆改性膨润土吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换并形成内层磷酸盐配合物.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附能力随着锆负载量的增加而增加,而锆改性膨润土中单位质量ZrO_2对水中磷酸盐的吸附量则随着锆负载量的增加而降低.当ZrO_2负载量由3.61%增加到13.15%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量(以P计)显著地由3.83 mg·g^(-1)增加到9.03 mg·g^(-1),而继续增加ZrO_2负载量至19.63%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量则缓慢地提高到9.66 mg·g^(-1)(以P计).当ZrO_2负载量由3.61%逐渐增加到19.63%时,锆改性膨润土中单位质量ZrO_2的磷酸盐最大吸附量[m(P)/m(ZrO_2)]由106 mg·g^(-1)逐渐下降到49.2 mg·g^(-1).综合考虑吸附剂的经济成本和吸附容量,ZrO_2负载量为13.15%锆改性膨润土更为适合作为吸附剂去除水中磷酸盐.

锆负载量对锆镁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响

制备了锆氧化物(ZrO_2)含量分别为2.98%、7.81%、13.73%和33.70%的4种锆镁改性膨润土,并考察了锆负载量对锆镁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响.结果表明,较高的吸附剂投加量有利于水中磷酸盐被锆镁改性膨润土所吸附去除.锆镁改性膨润土吸附水中磷酸盐的动力学过程符合准二级动力学模型.锆镁改性膨润土对水中磷酸盐的吸附等温行为可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Redushckevich (D-R)等温吸附模型进行描述.增加溶液pH值不会导致锆镁改性膨润土对水中磷酸盐吸附能力的下降.锆镁改性膨润土对水中磷酸盐的吸附能力随其锆含量的增加而增加.但是,从总体上,锆镁改性膨润土中单位质量ZrO_2对水中磷酸盐的最大吸附量则随其锆含量的增加而降低.研究结果说明,锆镁改性膨润土适合作为一种吸附剂去除水中的磷酸盐,较高的锆负载量有利于增强锆镁改性膨润土吸附水中磷酸盐的能力,而较低的锆负载量则有利于提高锆镁改性膨润土中单位质量ZrO_2对水中磷酸盐的吸附能力.

磁性锆铁改性膨润土添加对河道底泥磷迁移与形态转化的影响

首先采用Fe^(3+)、Fe^(2+)、溶解性锆盐、膨润土和碱液作为原料制备得到了一种磁性锆铁改性膨润土,再通过底泥培养实验考察了磁性锆铁改性膨润土添加对底泥中磷迁移与形态转化的影响.结果表明,在缺氧条件下,河道底泥中磷会被释放进入间隙水中,继而会被释放进入上覆水中,而磁性锆铁改性膨润土添加可以极大地降低底泥中磷向间隙水的迁移通量,最终导致了上覆水中磷数量的显著下降.此外,添加磁性锆铁改性膨润土不仅促使底泥中弱吸附态磷(Liable-P)和氧化还原敏感态磷(BD-P)这2种容易释放态磷向较为稳定的金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)和非常稳定的残渣态磷(Res-P)转变,而且降低了底泥中水溶性磷(WSP)、易解吸磷(RDP)、NaHCO_3可提取磷(Olsen-P)、藻类可利用磷(AAP)和铁氧化物-滤纸提取磷(FeO-P)这5种不同类型生物有效态磷(BAP)含量,从而降低了底泥中磷的释放风险.从底泥中分离出来的磁性锆铁改性膨润土中潜在活性磷(NH4Cl-P+BD-P)占总磷的26%左右,且含一定数量的FeO-P和Olsen-P(含量分别为161 mg·kg^(-1)和127mg·kg^(-1)).因此,及时采用磁分离的方式从底泥中将吸附磷后的磁性锆铁改性膨润土回收是非常必要的.磁性锆铁改性膨润土添加控制河道底泥中磷释放的机制是:改良剂通过对底泥中潜在活性磷和生物有效态磷的钝化作用,以及通过对间隙水中磷的吸附作用,降低了底泥中磷向间隙水的释放风险,导致间隙水中磷浓度的下降,进而降低了底泥-上覆水界面磷的扩散通量,最终导致上覆水中磷浓度的下降.以上结果说明,磁性锆铁改性膨润土是一种非常有希望的用于控制河道底泥中磷释放的改良剂.

钙预处理对磁性锆铁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响

研究制备了2种不同Ca^(2+)含量的磁性锆铁改性膨润土(ZrFeBTs),即磁性锆铁改性原始膨润土(Zr FeRBT)和磁性锆铁改性钙预处理膨润土(ZrFeCaBT),并通过吸附实验考察了Zr FeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的吸附特征,以确定Ca^(2+)预处理对ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的影响.结果发现,本研究所制备的ZrFeBTs包含Fe_3O_4和Zr,并且ZrFeCaBT中可交换Ca^(2+)的含量明显高于Zr FeRBT. ZrFeBTs对水中磷酸盐吸附平衡实验数据可以很好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述,动力学实验数据可以很好地采用准二级动力学模型和颗粒内扩散模型进行描述.根据Langmuir模型确定的Zr FeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的最大单位吸附量(以磷计)分别为8. 70 mg·g-1和11. 5 mg·g-1. ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的过程属于化学吸附.随着p H值的增加,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附效果逐渐降低.当溶液共存Cl^-、HCO_3^-、SO_4^(2-)、NO_3^-、Na^+、K^+、Mg^(2+)和Ca^(2+)等阴阳离子时,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附具有很好的选择性,并且溶液共存的Ca^(2+)会极大地促进ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附.采用Ca^(2+)对膨润土进行预处理,极大地提高了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附能力.