滇池沉積物磷負荷及沉積物-水界面控釋材料研發(fā).pdf

1、湖泊富營養(yǎng)化是當(dāng)前面臨的主要環(huán)境問題之一。當(dāng)外源污染逐步得到治理后，內(nèi)源負荷對湖泊水體的影響不容忽視。識別并量化湖泊內(nèi)源磷負荷，是合理有效治理內(nèi)源磷負荷的前提條件。本文以滇池沉積物為研究對象，通過磷形態(tài)、沉積物-水界面磷釋放通量等指標(biāo)定量估算了滇池內(nèi)源磷負荷現(xiàn)狀，并以滇池沉積物、滇池周邊紅土為原材料改性制備了一種新型沉積物-水界面磷負荷控釋材料，并對改性材料的控釋效果進行了評價。本文主要工作內(nèi)容及成果如下：
　　1）利用標(biāo)準化沉積

2、物磷分析方法（SMT法）測定了滇池表層沉積物總磷含量，結(jié)果表明滇池表層沉積物總磷（TP）平均含量為2184.39±579.09 mg/kg，遠高于長江中下游湖泊，處于重污染狀態(tài)。利用面積加權(quán)法，估算出滇池沉積物TP蓄積量約為5.2×104t，其單位面積負荷約為太湖的2倍。利用五步提取法分析了滇池沉積物磷形態(tài)，結(jié)果表明滇池表層沉積物中以鈣結(jié)合態(tài)磷(HCl-P)為主，約占 TP的40.63％。表層沉積物中移動磷含量約占TP的5.89~23.

3、99%，其中可還原態(tài)磷（BD-P）、金屬氧化態(tài)磷（NaOH-rP）、有機磷(NaOH-nrP)對 TP的平均貢獻率分別為6.14%、20.45%及5.36%。不同形態(tài)的磷含量大小關(guān)系為 HCl-P>NaOH-rP> NaOH-nrP>Res-P(殘渣態(tài)磷)>BD-P>Loosely bound P（弱吸附態(tài)磷）。滇池表層沉積物及總磷的區(qū)域差異性顯著，其中在污染較重的草海及外海北部區(qū)域總磷及可移動磷的含量較高。
　　2）測定了滇池2

4、8個夏季柱狀沉積物間隙水磷形態(tài)分布剖面，利用Fick定律計算了滇池沉積物-水界面磷釋放通量，并估算了沉積物-水界面磷年釋放量。結(jié)果表明，在垂向剖面上，柱狀沉積物0~10cm段間隙水中各形態(tài)磷含量波動較為劇烈，隨著深度的增加，間隙水中磷形態(tài)的含量呈下降趨勢且逐漸穩(wěn)定。滇池沉積物-水界面溶解性磷酸鹽（SRP）釋放通量為-0.296~0.489mg/(m2·d)，溶解性有機磷（DOP）釋放通量為-1.605~3.644mg/(m2·d)，全年

5、滇池沉積物對上覆水磷的釋放量為56.24t，其中97.07%來自于沉積物中DOP的釋放，滇池沉積物內(nèi)源磷負荷約為滇池全湖磷負荷的9.39%。滇池沉積物-水界面里釋放區(qū)域主要分布在濱岸等污染較重區(qū)域，而在湖心區(qū)約有30~50%的區(qū)域表現(xiàn)為吸附-釋放平衡狀態(tài)。
　　3）室內(nèi)磷吸附實驗表明，滇池沉積物對磷酸的吸附動力學(xué)主要分為三個過程，即快速吸附，慢速吸附及吸附平衡階段，其吸附平衡時間為24h，其吸附動力學(xué)過程符合準二級動力學(xué)模型。在不

6、同吸附階段，分子擴散及液膜擴散分別是控制反應(yīng)速率的主要過程。利用元素分析、紅外光譜等對不同溫度焙燒后的滇池沉積物進行表征，結(jié)果表明，焙燒能夠去除沉積物中有機質(zhì)，并在一定程度上增強沉積物中磷的移動能力，當(dāng)溫度超過500℃后，焙燒能夠有效增強紅土及沉積物的磷吸附容量，其最佳焙燒溫度為600℃。
　　4）改性實驗結(jié)果表明，混合紅土后能夠降低材料的吸附解吸平衡濃度（EPC0），結(jié)合材料最大吸附量、EPC0及滇池水質(zhì)現(xiàn)狀，確定沉積物與混合物

7、的最佳質(zhì)量配比范圍為50%~90%。添加聚合氯化鋁及與玉米芯改性后，材料空隙及對磷酸鹽的結(jié)合能力增強，材料對磷酸鹽的吸附容量增加，約為改性前的3倍。
　　5）改性材料對磷酸鹽的吸附等溫線符合Langmuir非線性模型。材料對磷酸鹽的吸附容量隨溫度的升高而增大，其吸附過程吸熱，反應(yīng)為自發(fā)過程。材料對磷酸鹽的去除率隨著溶液pH值的增加而降低。
　　6）室內(nèi)靜態(tài)模擬實驗表明，材料能夠增強沉積物-水界面Eh值，使覆蓋界面保持較高的D