磷是一种营养元素,浓度过高时可以导致地表水体富营养化。随着工农业生产技术的飞速发展,大量含磷废水排入地表水体,引起地表水体中磷浓度增加,导致地表水体富营养化。底泥会吸收进入地表水体中的磷,成为磷的蓄积库,也会从底泥中释放出磷,成为地表水体内源。特别在当外源性污染被有效控制之后,底泥中释放出来的磷会成为内源污染,加重水体的富营养化程度。因此,当外源污染得到有效控制之后,要想控制地表水体中磷的污染,既可以直接去除地表水体上覆水中的磷,也可以采用措施控制底泥磷的释放。吸附法可以直接有效地去除地表水体上覆水中的磷。原位吸附剂改良技术是抑制底泥磷迁移到上覆水的有效方法。成功应用这两种技术的一个关键问题是寻找合适的吸附剂材料。锆的氧化物是一种被广泛应用的无机材料,具有无毒、物理性质和化学性质稳定、低水溶性等特点,同时锆的氧化物也被发现有强大的吸附水和废水中的磷酸盐的能力。氢氧化镧对水中磷酸盐有较强的亲和力。然而使用纯的锆的氧化物或氢氧化镧作为磷吸附剂不符合成本效益,因为其成本相对较高。粘土(膨润土或高岭土)和沸石等多孔性天然矿物材料,具有较大的比表面积,较高的阳离子交换容量,物理性质和化学性质稳定,成本低且来源广泛,有希望使其与锆的氧化物或氢氧化镧组成复合材料,合成的锆改性粘土(比如锆改性高岭土或锆改性膨润土)和镧改性沸石(即镧-沸石复合材料)将会是一个吸附效果好、低成本的固态磷吸附材料。本论文研究了锆改性高岭土对水中磷酸盐的固定作用和对底泥中磷的固定作用。采用共沉淀法制备了锆改性高岭土,通过批量吸附实验考察了锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附性能。实验结果表明,锆改性高岭土随着制备时所用的锆的投加量的增加,其吸附水中磷酸盐的吸附能力也增强。制备锆改性高岭土时溶液的pH值从8上升到10时,锆改性高岭土吸附水中磷酸盐效果也增强;当制备时pH值从10上升到11时,锆改性高岭土的吸磷能力基本不变;当制备时pH值从11上升到12时,锆改性高岭土的对水中磷酸盐的吸附能力则下降。采用Langmuir模型能更好地描述在pH值为10时制备所得的锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附平衡数据。锆改性高岭土中锆所吸附的磷大部分(81%左右)以金属氧化物结合态磷的形式存在,低溶解氧条件下很难被再次释放出来。低溶解氧状态下,污染严重的河道底泥会释放出大量的溶解性磷酸盐磷,并迁移到上覆水体中,而在污染严重的河道底泥中添加锆改性高岭土能较好地抑制底泥中磷进入到上覆水体中。采用锆改性高岭土对底泥进行改良不仅能够增强了底泥对水中磷的吸附能力,还能降低了底泥的磷吸附-解吸平衡浓度(EPC0)。由此可见,锆改性高岭土添加能够有效控制重污染河道底泥磷释放,十分适合作为底泥改良剂进行应用。本论文研究了锆改性膨润土对水中磷酸盐的固定作用和对底泥中磷的固定作用。采用共沉淀法制备了锆改性膨润土,通过批量吸附实验考察了锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附性能。结果表明,锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附效果极佳,并且对磷酸盐的吸附具有较大的有效pH值范围、吸附容量大、吸附动力学快速等特点。锆改性膨润土对磷酸盐的吸附动力学数据可以用准二级动力学模型较好描述,采用Langmuir等温吸附模型能描述该吸附过程更合适,该吸附过程属于单分子层吸附。溶液中存在共存离子Cl-和SO42-对锆改性膨润土吸附磷酸盐没有消极作用,而存在共存离子HCO3-对吸附磷酸盐有轻微抑制作用。配位体交换和内层络合机制是锆改性膨润土吸附磷酸盐的主要机制。吸附磷酸盐的锆改性膨润土中大部分磷以金属氧化物结合态磷和残渣态磷的形式存在,低溶解氧条件下很难被释放出来。在厌氧条件下,底泥中加入锆改性膨润土能显著地减少底泥中的磷酸盐和总磷向上覆水体的释放。锆改性膨润土改良的底泥对磷酸盐的吸附容量远远高于未改良的底泥。因此,锆改性膨润土可以作为一种有效的底泥改良剂来控制重污染河道底泥磷的释放。本论文研究了镧-沸石复合材料对水中低浓度磷酸盐的吸附效果和吸附机制。采用液相沉淀法将氢氧化镧负载到沸石上,制备得到镧改性沸石(即镧-沸石复合材料),并采用批处理实验考察了该复合材料去除水中低浓度磷酸盐的影响因素。结果表明,当制备镧-沸石复合材料时制备条件pH值为5~7或13时,镧-沸石复合材料对水中磷酸盐的吸附能力较差;当制备条件pH值在9~12之间,镧-沸石复合材料对水中磷酸盐有较强的吸附能力,而当制备条件pH值从9上升到11时,镧-沸石复合材料的吸磷能力明显增加,当制备条件pH值从11上升到12时,镧-沸石复合材料的吸磷能力基本不变。Langmuir模型能较好地描述制备条件为pH值11时制备获得的镧-沸石复合材料对水中磷酸盐的吸附平衡数据;采用准二级动力学模型能较好地拟合镧-沸石复合材料对水中低浓度磷酸盐的吸附动力学。当磷酸盐溶液pH值从3上升到8时,制备条件pH值为11情况下得到的镧-沸石复合材料对低浓度磷酸盐的吸附能力增加,继续增加磷酸盐溶液pH值时,其吸附能力反而下降;与磷酸盐溶液共存的氯离子和硫酸根离子不会抑制镧-沸石复合材料对低浓度磷酸盐的吸附,而碳酸氢根离子则会略微抑制镧-沸石复合材料对磷酸盐的吸附;腐殖酸在磷酸盐溶液中的存在会抑制镧-沸石复合材料对水中低浓度磷酸盐的吸附。当磷酸盐溶液pH值为7时,制备条件为沉淀pH值11时获得的镧-沸石复合材料吸附磷酸盐的机制主要为配位体交换作用。由此可以得到结论,制备条件为沉淀pH值11时获得的镧-沸石复合材料用于地表水体比如重污染河道中低浓度磷酸盐的去除十分合适。综上所述,锆改性高岭土、锆改性膨润土和镧-沸石复合材料能有效去除水中磷酸盐;锆改性高岭土和锆改性膨润土作为改良剂对固定底泥中磷释放具有良好的控制作用。利用镧-沸石复合材料直接吸附去除地表水体上覆水中磷,同时利用锆改性高岭土或锆改性膨润土作为改良剂控制底泥磷释放进入上覆水体,这种组合技术预计是一种具有应用前景的控制地表水体比如重污染河道磷污染的方法。