利用鋯改性沸石控制地表水體底泥氮磷釋放研究.pdf

1、大量含氮（N）、磷（P）等污染物廢水未經(jīng)處理直接排放是引起地表水體污染的主要原因，同時底泥中氮、磷等污染物向上覆水釋放給水質(zhì)帶來的巨大影響亦不容忽視?？刂频啄嘀械椎任廴疚锵蛏细菜尼尫艑τ诘乇硭h(huán)境污染防治是非常必要的。底泥原位改良技術(shù)和活性覆蓋技術(shù)是兩種極具應(yīng)用前景的底泥氮磷釋放控制技術(shù)。成功應(yīng)用這兩種技術(shù)的一個關(guān)鍵問題是尋找合適的吸附劑材料。天然沸石成本低廉且容易獲得，利用其較高的陽離子交換性能，可以有效吸附去除水中氨氮。但是天然

2、沸石對水中磷酸鹽的吸附能力卻較差。將鋯氧化物負(fù)載到天然沸石表面上，所制備得到的鋯改性沸石預(yù)計可以有效吸附去除水中的氨氮和磷酸鹽，將鋯改性沸石作為底泥改良劑或底泥活性覆蓋材料預(yù)計可以有效控制底泥氮磷的釋放。本文首先制備了鋯改性沸石，對鋯改性沸石的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，考察了鋯改性沸石對水中磷酸鹽的吸附作用，對比分析了鋯改性沸石和鋁改性沸石對太湖底泥-水系統(tǒng)中溶解性磷酸鹽的固定作用，考察了不同條件下鋯改性沸石改良太湖底泥對水中磷酸鹽的吸附作用，考

3、察了不同條件下鋯改性沸石添加對太湖底泥磷釋放的控制效果，考察了鋯改性沸石活性覆蓋控制重污染河道底泥氮磷釋放的效果，并考察了螺螄殼和魚骨混合物對水中磷酸鹽的吸附作用，以期為應(yīng)用鋯改性沸石作為底泥改良劑和活性覆蓋材料控制底泥氮磷釋放提供幫助。
　　研究了鋯改性沸石對水中磷酸鹽的固定作用。結(jié)果表明，鋯改性沸石對水中磷酸鹽具備很好的吸附能力。鋯改性沸石對水中磷酸鹽的單位吸附量隨吸附劑投加量的增加而降低，水中殘留的磷酸鹽濃度亦隨著吸附劑投加

4、量的增加而降低。鋯改性沸石對水中磷酸鹽的吸附能力隨著 pH的逐漸增加而逐漸降低。鋯改性沸石對水中磷酸鹽的吸附符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。Langmuir等溫吸附模型可以很好地用于描述鋯改性沸石對水中磷酸鹽的吸附平衡數(shù)據(jù)，鋯改性沸石對磷酸鹽的最大單位吸附量為10.2 mg P/g（pH7和25℃）。鋯改性沸石所吸附的磷主要以NaOH提取態(tài)磷（NaOH-rP）和殘渣態(tài)（Res-P）形態(tài)存在，通常pH（5~9）和厭氧條件下不容易被重新釋放出來。

5、r>　　生物有效態(tài)磷的含量降低，從而增加了底泥中磷的穩(wěn)定性。不同的pH值、離子強(qiáng)度、SiO32-濃度和底泥有機(jī)質(zhì)（OM）含量等條件下，向底泥中添加鋯改性沸石可以有效的降低底泥中磷向上覆水中磷的釋放通量。厭氧條件下，向底泥中添加鋯改性沸石亦可以有效降低底泥中磷向上覆水的釋放通量。
　　研究了鋯改性沸石活性覆蓋控制重污染河道底泥氮磷釋放的效果。通過實驗首先考察了鋯改性沸石對水中磷酸鹽和銨的吸附去除作用，再考察了鋯改性沸石活性覆蓋控制底

6、泥溶解性磷酸鹽和銨釋放的效率。結(jié)果表明，鋯改性沸石對水中磷酸鹽的吸附能力隨pH的增加而降低。當(dāng)pH由4增加到5時，鋯改性沸石對水中銨的吸附能力增加；當(dāng)pH5~8時，對銨的吸附能力較高；當(dāng)pH由8增加到10時，對銨的吸附能力下降。鋯改性沸石對水中磷酸鹽和銨的吸附動力學(xué)滿足準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，并且對磷酸鹽和銨的吸附速率比較快。Langmuir和Freundlich等溫吸附模型可以用于描述鋯改性沸石對水中磷酸鹽和銨的吸附平衡數(shù)據(jù)。根據(jù)Langm

7、uir模型計算得到的鋯改性沸石對水中磷酸鹽和銨的最大吸附量分別為7.75和9.59 mg/g（pH7和25℃）。鋯改性沸石對水中磷酸鹽和銨的去除率隨鋯改性沸石投加量的增加而增加。鋯改性沸石吸附水中磷酸鹽的主要機(jī)制是配位體交換，吸附水中銨的主要機(jī)制是陽離子交換。被鋯改性沸石所吸附的磷酸鹽大部分（82.5％）以較為穩(wěn)定形態(tài)磷（NaOH-P）存在，低溶解氧條件下不容易重新被釋放出來。吸附磷酸鹽后鋯改性沸石中水溶性磷（WSP）、易解吸磷（RDP

8、）和NaHCO3可提取態(tài)磷（Olsen-P）含量非常低，藻類可利用磷（AAP）含量僅占總磷含量的29%左右。低溶解氧條件下，重污染河道底泥會釋放出大量的溶解性磷酸鹽和銨；鋯改性沸石活性覆蓋則不僅可以使上覆水中的溶解性磷酸鹽濃度控制到很低的水平，而且可以明顯降低銨由底泥向上覆水遷移的速率。上述實驗結(jié)果表明，鋯改性沸石適合作為一種活性覆蓋材料用于控制底泥溶解性磷酸鹽和銨的釋放。
　　研究了螺螄殼和魚骨混合物對水中磷的固定作用。結(jié)果表明

9、，螺螄殼和魚骨混合物可以有效去除水中的磷酸鹽，并且它的去除能力明顯優(yōu)于單獨(dú)螺螄殼和單獨(dú)魚骨。螺螄殼和魚骨混合物對水中磷酸鹽的去除動力學(xué)過程可以較好地采用準(zhǔn)二級動力學(xué)模型加以描述。螺螄殼和魚骨混合物對水中磷酸鹽的單位去除量隨初始磷酸鹽濃度的增加而增加。pH對螺螄殼和魚骨混合物去除水中磷酸鹽的影響較小。水中共存的Cl-和SO42-對螺螄殼和魚骨混合物去除水中磷酸鹽的影響較小，而水中共存的HCO3-會抑制螺螄殼和魚骨混合物對水中磷酸鹽的去除。

10、水中共存的Na+、K+和Mg2+等陽離子對螺螄殼和魚骨混合物去除水中磷酸鹽幾乎沒有影響，而水中共存的Ca2+會促進(jìn)螺螄殼和魚骨混合物對水中磷酸鹽的去除。螺螄殼和魚骨混合物對水中磷酸鹽的主要去除機(jī)制包括螺螄殼和魚骨對磷酸鹽的表面吸附作用，以及鈣磷化合物沉淀作用。魚骨可以為鈣磷化合物沉淀的異質(zhì)成核提供核心，促進(jìn)鈣磷化合物沉淀的生成。螺螄殼和魚骨所釋放出來的鈣離子可以為鈣磷化合物沉淀的形成提供鈣源。
　　上述結(jié)果表明，利用鋯改性沸石作為