【摘 要】
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目前,覆盖法控制底泥内源磷污染以防止水体富营养化一直是研究的热点。CaO2作为一种兼具释氧性与氧化性的环境友好型材料获得了广泛的关注,研究者们以CaO2为核心制备了不同的复合材料。这些材料要么缓释周期较短,要么材料得不到有效的利用,虽然在内源磷的控制方面具有优势,然而,当水体磷污染亟需应急或需长期保持时,这些材料的使用又存在争议。基于此,本研究以过氧化钙为核心,合成了新型过氧化钙复合材料,考察了其
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目前,覆盖法控制底泥内源磷污染以防止水体富营养化一直是研究的热点。CaO2作为一种兼具释氧性与氧化性的环境友好型材料获得了广泛的关注,研究者们以CaO2为核心制备了不同的复合材料。这些材料要么缓释周期较短,要么材料得不到有效的利用,虽然在内源磷的控制方面具有优势,然而,当水体磷污染亟需应急或需长期保持时,这些材料的使用又存在争议。基于此,本研究以过氧化钙为核心,合成了新型过氧化钙复合材料,考察了其对水体的应急效果,并分析了对其他水质指标如有机物、藻类的控制效果;考察了其对内源磷释放的长期控制效果,并分析了其对内源磷赋存形态的作用机制。本研究模拟实际水深(水深≥1m)进行研究,为材料的工程应用提供理论和数据支撑。以苏州市典型的富营养化河道为研究对象,分别投加两种覆盖材料(ACPM和Phoslock?),进行为期38天的实验研究。结果显示:CaO2改性材料(ACPM)覆盖条件下较锁磷剂(Phoslock?)组NH4+-N和Fe2+浓度均处于较低状态,微生物活性值FDA增加了42.57%,说明其微生物活性较高,也显示了ACPM覆盖下其氧化还原电位高于Phoslock?,且底泥微环境处于好氧状态。与Phoslock?组相比,ACPM组上覆水和间隙水中DIP浓度均较高,表明Phoslock?对磷酸盐的吸附能力优于ACPM,也暗示了底泥微环境并不是磷吸附的唯一衡量标准。在内源磷固定过程中,2种覆盖材料均有利于内源磷的固定,Ca-P均显著增加。然而,具有氧化性的ACPM导致NH4Cl-P增加,Fe/Al-P大量减少,促进了活性磷的释放,使得底泥中的磷向覆盖层迁移。探究新型过氧化钙复合材料(短期应急材料)对水体磷的控制效果。应急材料在一般水体中的最佳投加量为0.015g/LCaO2+0.1g/LPAC,最大理论吸附量为176.58mg·g。之后将其投加到不同的实际的富营养化水体中进行应用研究。结果显示:其对玉山路,爱河桥,中市桥,印象城,老运河,石湖大桥等实际富营养化水体的处理效果均较好,对浊度,DIP,COD的去除率均达60%以上。且所制备的过氧化钙复合材料在30min内具有除磷抑藻的功能,具有短期应急的效果。另外应急材料对污水厂A2O后的工艺处理效果较好,对TP,NH4+-N,Chl-a,COD的去除率分别为89.24%,34.73%,70.64%,75%。之后以压片的方式制备了长期覆盖材料新型过氧化钙复合材料(CPML),并探究CPML在采集的实际的富营养化水体中的控磷效果的应用研究。材料的最佳配比为10%CaO2+10%PAC+20%Mg O+57%净水污泥+3%硬脂酸镁,最大理论吸附量为101.2mg·g。之后将CPML以1:80,1:100,1:120(沉积物表层2cm Pmobile:材料)不同的投加量投加到模拟的实际水体中进行应用研究,且将其与镧改性膨润土(LMB)进行比较,实验开始前投加应急材料,发现其能在短时期内去除水体磷酸盐。长期覆盖的结果显示:在上覆水中,随着CPML投加量的增加,对水体COD的去除率越高,1:100组和1:120组的投加量下对上覆水的浊度,TP,DIP均有一定的去除效果,但较LMB组仍较弱;在间隙水中,1:120组对间隙水DIP处理效果最好,去除率为85.9%(Ⅰ),79.5%(Ⅱ),对Fe2+和NH4+-N也有一定的去除作用,且更有利于底泥中不稳定的形态磷Fe/Al-P向稳定态的Ca-P转化;DGT-P的浓度图也显示了CPML的1:120投加量下对底泥内源磷的处理效果更好,有利于底泥磷向深层迁移。而材料LMB对底泥磷的处理效果并不显著。综合上覆水和沉积物的指标推测CPML的最佳投加量应在1:100~1:120之间。综上所述,过氧化钙应急材料可在短期内除磷抑藻。长期覆盖材料CPML对底泥磷的处理效果更好,对底泥微环境具有明显的改善作用,且发现CPML一部分促进表层磷的释放,有利于清洁底泥,另一部分又促使内源磷向深层迁移,有利于固定底泥磷。所制备的短期应急材料与长期覆盖材料CPML组合,达到了对水体磷具有短期应急与长期高效覆盖的目的,为覆盖材料在富营养化水体中的实际应用提供了技术支撑,且它们价格低廉,具有很好的应用前景。
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