热处理凹土对湖泊底泥磷钝化效果与影响因素研究

发布时间：2017-08-01 18:14

  本文关键词：热处理凹土对湖泊底泥磷钝化效果与影响因素研究

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【摘要】：大量研究发现,在湖泊外源性磷得到有效控制后,湖泊富营养化问题仍可持续数年。这是由于湖泊底泥内源性磷可持续释放补充到上覆水体中。因此,控制底泥磷的释放被认为是解决湖泊富营养化问题的根本,而通过向底泥添加或薄层覆盖磷钝化剂是解决这一问题的常见方式。本研究采用前期选择的廉价的热处理富钙凹凸棒(简称凹土)为依据,研究不同剂量材料钝化后底泥对水体中磷的吸附特征以及磷的供应潜力,同时评价了材料添加的生态安全性；借助自主研发的Y型再悬浮发生装置,研究了风浪扰动对钝化表层底泥稳定性及磷控制效力的影响。批处理实验表明,添加热改性凹土会显著增强底泥对磷的固持能力和吸附速率,其中5%～20%的材料添加会增加底泥的磷最大吸附量1.5～2.0倍,吸附速率增加1.7～3.7倍,材料添加后的底泥具有较强的抗干扰能力,其中pH值、NO3-以及HCO3-对磷的吸附干扰作用明显减弱,而SO42-和SiO32-依然会对添加材料的底泥产生较大的影响。基于薄膜扩散技术研究发现,添加材料可明显降低底泥中磷的供给能力,并能增强底泥中磷的稳定性。磷形态分析表明,材料添加可以将可移动磷转化为钙磷(Ca-P)或残渣态磷,增加了底泥中惰性磷的比例,由此会显著降低底泥磷向上覆水体的释放。慢性毒性实验结果表明,添加热改性凹土会增加沉积物的pH值,但是在适当的投加量范围内不会对底栖生物产生毒性影响。再悬浮模拟扰动实验结果表明,添加热改性凹土和锁磷剂(Phoslock)两种钝化剂均可增强表层底泥的抗风浪扰动能力,且可显著降低上覆水体中可溶性磷(SRP)的含量,其中表层底泥的侵蚀深度以及上覆水体中SRP含量均与风浪扰动大小呈正相关关系。微型Peeper分析结果表明,添加热改性凹土和Phoslock可降低沉积物中间隙水磷浓度。代表底泥磷供应潜力的R值(DGT-P与间隙水磷比值)比对照组平均降低了29%～79%,表明添加材料可显著降低底泥向间隙水供磷能力。即使在风浪扰动的干扰下,两种钝化剂也可明显降低底泥中Mobile-P和Al-P的含量,增加惰性磷Ca-P的比例。以上结果表明,热处理富钙凹土具有控磷效果好、成本低廉以及使用方便等特征,具有作为底泥磷钝化剂的潜力,可以广泛应用于浅水湖泊富营养化的治理中。
【关键词】：内源性磷 热处理富钙凹土 薄膜扩散技术(DGT) 湖泊富营养化控制
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X524
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 控制湖泊内源性磷污染的重要性10-11
• 1.2 湖泊底泥内源性磷的控制方法11-13
• 1.2.1 底泥环保疏浚技术11
• 1.2.2 原位覆盖技术11-12
• 1.2.3 原位钝化技术12-13
• 1.3 凹凸棒石黏土的概述13-17
• 1.3.1 凹凸棒石黏土的晶体结构与化学组成13-15
• 1.3.2 凹凸棒石黏土的基本性能15-16
• 1.3.3 凹凸棒石黏土的改性方法16
• 1.3.4 凹凸棒石黏土的开发利用现状16-17
• 1.4 研究内容及意义17-19
• 2 添加热改性凹土的底泥对磷的吸附特征研究19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 材料与方法19-20
• 2.2.1 材料的制备及分析19-20
• 2.2.2 热改性富钙凹土钝化底泥的制备20
• 2.2.3 吸附等温线和动力学20
• 2.2.4 pH值和竞争离子对磷吸附特征的影响20
• 2.3 结果与讨论20-29
• 2.3.1 供试材料的基本性质20-21
• 2.3.2 吸附等温线21-25
• 2.3.3 吸附动力学25-27
• 2.3.4 pH值对钝化底泥磷吸附效果的影响27-28
• 2.3.5 竞争阴离子对钝化底泥吸附磷的影响28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 热改性凹土对底泥磷释放和生态安全性的影响30-41
• 3.1 引言30-31
• 3.2 材料与方法31-35
• 3.2.1 样品和底栖生物的采集31
• 3.2.2 沉积物的预处理31
• 3.2.3 DGT试验31-33
• 3.2.4 热改性凹土钝化底泥的磷形态转化特征研究33-34
• 3.2.5 热改性凹土钝化底泥的磷稳定性研究34
• 3.2.6 慢性毒性试验34-35
• 3.3 结果与讨论35-39
• 3.3.1 热改性凹土钝化底泥的磷供给性35-36
• 3.3.2 热改性凹土钝化底泥中磷形态转化特征研究36-37
• 3.3.3 热改性凹土钝化底泥的磷稳定性37-38
• 3.3.4 热改性凹土钝化底泥的生态安全性评价38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 4 风浪扰动对钝化层稳定性及底泥磷释放的影响41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 材料与方法41-47
• 4.2.1 实验材料的制备及沉积物的采集41
• 4.2.2 材料投加量的确定及沉积物的预处理41-42
• 4.2.3 模拟风浪扰动Y型装置的基本原理42-43
• 4.2.4 微型Peeper和DGT板式采样器43
• 4.2.5 模拟风浪扰动实验方法43-46
• 4.2.6 样品的获取及分析46-47
• 4.3 结果与讨论47-55
• 4.3.1 沉积物的理化性质及材料的投加量47
• 4.3.2 上覆水中SS和SRP对风浪扰动的响应47-51
• 4.3.3 风浪作用下材料对沉积物SRP垂向分布的影响51-52
• 4.3.4 风浪作用下材料对沉积物SRP供给性的影响52-53
• 4.3.5 风浪作用下材料对沉积物磷形态的影响53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 结论与展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-69
• 附录69

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本文编号：605537