地表水體底泥氮磷污染原位控制技術(shù)及相關(guān)機(jī)理研究.pdf

1、地表水體底泥污染原位控制技術(shù)的發(fā)展近年來(lái)得到了越來(lái)越多的重視，但由于對(duì)其相關(guān)技術(shù)及機(jī)理缺少系統(tǒng)性的深入研究，至今還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，本論文“地表水體底泥氮磷污染原位控制技術(shù)及相關(guān)機(jī)理研究”，作為“十五”國(guó)家重大科技項(xiàng)目《小城鎮(zhèn)環(huán)境保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究及設(shè)備開(kāi)發(fā)》的重要組成部分，針對(duì)地表水體底泥的氮磷污染控制問(wèn)題，主要圍繞曝氣供氧、底泥原位藥劑處理及底泥覆蓋等三種技術(shù)，較為系統(tǒng)地考察了曝氣供氧、硝酸鈣原位處理、沸石覆蓋、方解石覆蓋、沸石和方

2、解石復(fù)合覆蓋、負(fù)載硝酸鹽有機(jī)改性沸石覆蓋等對(duì)地表水體底泥氮磷釋放控制的影響，提出了兩種未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的用于底泥氮磷釋放有效控制的組合方法，并利用離子交換及吸附作用理論對(duì)相關(guān)過(guò)程的機(jī)理進(jìn)行了探討，可以為地表水環(huán)境污染防治技術(shù)的發(fā)展提供相關(guān)的理論和技術(shù)支撐。 論文的主要研究結(jié)果包括以下七個(gè)方面： 一．曝氣供氧控制底泥氮磷釋放影響因素的試驗(yàn)研究結(jié)果表明：(1)溶解氧是影響底泥氮磷釋放的重要因素，厭氧狀態(tài)加速底泥氮磷的釋放。(

3、2)通常情況下曝氣供氧可以有效地控制底泥總磷的釋放：pH值較高條件下，曝氣供氧無(wú)法控制底泥總磷的釋放，攪動(dòng)對(duì)底泥總磷的釋放產(chǎn)生一定程度的影響，上覆水總磷濃度較高時(shí)底泥發(fā)生吸磷現(xiàn)象，而溫度則影響較小。(3)通常情況下曝氣供氧可以控制比較封閉水體底泥的氨氮釋放；曝氣條件下溫度對(duì)底泥氨氮和總氮釋放的影響較大，即溫度越高，抑制氨氮和總氮釋放的效果越好，低溫則導(dǎo)致底泥氨氮和總氮的大量釋放，而攪動(dòng)使底泥釋放更多的氨氮和總氮。 二．硝酸鈣原

4、位處理對(duì)底泥氮磷及有機(jī)物遷移循環(huán)影響試驗(yàn)研究結(jié)果表明：(1)投加硝酸鈣會(huì)使底泥有機(jī)物得到一定程度地降解，且底泥有機(jī)質(zhì)的去除率隨硝酸鈣投加量的增加而增加。投加硝酸鈣加劇了底泥氨氮的釋放，且投加量越多，底泥氨氮的釋放越快。厭氧狀態(tài)下底泥釋放大量總磷，且底泥各形態(tài)磷含量下降幅度從大到小依次為AI／Fe-P>有機(jī)磷>Ca-P：投加硝酸鈣可以抑制底泥磷的釋放，有效抑制持續(xù)時(shí)間則隨投加量的增加而延長(zhǎng)：投加硝酸鈣對(duì)底泥磷形態(tài)影響的規(guī)律為：A1／Fe-

5、P含量下降較少，Ca-P含量會(huì)增加，而有機(jī)結(jié)合磷含量則會(huì)下降。 三．方解石覆蓋控制底泥磷釋放影響因素試驗(yàn)研究表明，方解石覆蓋可以抑制厭氧狀態(tài)下底泥磷的釋放，且抑制效果受覆蓋層厚度、底泥磷釋放強(qiáng)度、上覆水Caz+濃度、溫度及粒徑等的影響。方解石覆蓋層對(duì)底泥磷釋放的抑制效率隨厚度的增加而明顯提高；底泥磷釋放強(qiáng)度越大，穿過(guò)方解石覆蓋層到達(dá)上覆水的總磷量越多；上覆水Ca2+濃度提高了方解石覆蓋層對(duì)底泥磷釋放的抑制效率，且為Ca2+濃度

6、越高，促進(jìn)作用越大，可以通過(guò)調(diào)節(jié)上覆水Ca2+濃度以?xún)?yōu)化覆蓋層的抑磷效果：對(duì)于方解石投加量較少的情況下，高溫條件與低溫條件相比，底泥向上覆水釋放更多的磷，可以通過(guò)增加覆蓋層厚度以消除高溫的影響；覆蓋層對(duì)底泥磷釋放的抑制效率隨方解石粒徑的減小而增強(qiáng)。 四．沸石覆蓋層對(duì)底泥氮磷釋放影響試驗(yàn)研究結(jié)果表明：(1)天然沸石覆蓋層不僅可以有效地控制底泥氨氮的釋放，而且可以降低底泥總磷的釋放速率；沸石粒徑越小、覆蓋層越厚，天然沸石覆蓋層對(duì)底

7、泥氨氮控制的有效持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)；天然沸石覆蓋層抑制底泥總磷釋放的效率隨溫度的升高而降低，減小沸石粒徑或者增加覆蓋層厚度則提高覆蓋層控制底泥總磷釋放的效率。(2)NaCI或CaCl2改性對(duì)沸石覆蓋層控制底泥氨氮的釋放影響不大，而對(duì)控制底泥磷的釋放則影響較大，抑制效率從大到小依次為CaCl2改性沸石>天然沸石>NaCl改性沸石。(3)沸石覆蓋層控制底泥氨氮釋放的機(jī)理為物理吸附和離子交換作用，控制底泥磷釋放的機(jī)理包括沸石的機(jī)械阻擋作用和沸石與銨

8、離子交換釋放出來(lái)的Ca2+對(duì)磷酸鹽的固定作用。(4)有機(jī)改性沸石吸附磷酸鹽最佳的HDTMA負(fù)載量為207﹪ECEC(沸石的外部陽(yáng)離子交換量)，且最佳負(fù)載條件下有機(jī)改性沸石對(duì)磷酸鹽的吸附較好地滿(mǎn)足Langmuir等溫吸附方程(飽和吸附量為644mg．kg-1，常數(shù)K為0．295L．mg-1)；與天然沸石相比，有機(jī)改性沸石的氨氮單位吸附量降低了18~24﹪。有機(jī)改性沸石覆蓋與天然沸石相比，對(duì)底泥磷釋放的控制效果大大加強(qiáng)，且有機(jī)改性沸石投加量

9、的越大，抑制效果越好；有機(jī)改性沸石覆蓋可以有效地控制底泥氨氮的釋放，相同覆蓋條件下與天然沸石相比，對(duì)底泥氨氮釋放有效控制持續(xù)時(shí)間縮短。 五．人工曝氣對(duì)天然沸石覆蓋和方解石覆蓋控制底泥氮磷釋放影響試驗(yàn)研究結(jié)果表明，對(duì)天然沸石覆蓋層表面進(jìn)行人工曝氣，縮短了覆蓋層控制底泥氨氮釋放的有效持續(xù)時(shí)間。對(duì)1cm厚粒徑3～5mm沸石覆蓋層表面進(jìn)行曝氣，有助于降低底泥總磷的釋放速率；而對(duì)3cra厚粒徑3-5mm和1cm厚粒徑(2mm的天然沸石覆

10、蓋層表面進(jìn)行人工曝氣，模擬釋放初期對(duì)總磷的控制效果反而下降，Ⅱ后期則有助于底泥磷釋放的控制。對(duì)方解石覆蓋層表面進(jìn)行人工曝氣，不僅可以降低底泥氨氮的釋放，而且有助于方解石覆蓋控制底泥磷的釋放。 六．對(duì)復(fù)合覆蓋技術(shù)試驗(yàn)研究表明：(1)天然沸石和方解石復(fù)合覆蓋不僅可以有效地控制底泥氨氮的釋放，而且可以抑制底泥磷的釋放；復(fù)合覆蓋層對(duì)底泥磷釋放的抑制效率隨天然沸石和方解石投加量的增加而提高；天然沸石粒徑對(duì)復(fù)合覆蓋層控制底泥磷釋放的效果隨

11、天然沸石粒徑的減小而略微增強(qiáng)；天然沸石和方解石的組合方式對(duì)復(fù)合覆蓋層控制底泥磷釋放的規(guī)律為：先覆蓋沸石后覆蓋方解石對(duì)底泥磷釋放的抑制效果與沸石方解石混合均勻覆蓋情況相比略微提高，并且明顯強(qiáng)于先覆蓋方解石再覆蓋沸石條件下的控制效果。(2)方解石和沸石復(fù)合覆蓋層對(duì)磷的控制效果受沸石改性的影響規(guī)律：控制效果從大到小依次為CaCl2改性沸石>天然沸石>NaCl改性沸石。(3)采用HCI對(duì)天然沸石進(jìn)行改性，可以提高沸石和方解石復(fù)合覆蓋層抑制底泥磷

12、釋放的效率，卻降低了有效控制底泥氨氮釋放的持續(xù)時(shí)間。 七．負(fù)載硝酸鹽有機(jī)改性沸石對(duì)底泥氮磷釋放影響試驗(yàn)的結(jié)果表明：(1)有機(jī)改性沸石吸附硝態(tài)氮的最佳HDTMA負(fù)載量為276﹪ECEC，且Langmuir等溫吸附方程能較好地描述有機(jī)改性沸石對(duì)硝態(tài)氮的吸附行為，飽和吸附量達(dá)1724mg-kg-1，有機(jī)改性沸石對(duì)硝態(tài)氮的吸附速率較快，有機(jī)改性沸石吸附硝態(tài)氮后一定條件下又會(huì)逐漸釋放出來(lái)。Langmuir等溫吸附方程能較好地描述負(fù)載硝態(tài)