城郊小型浅水湖泊沉积物内源磷营养盐释放特征及控释研究

作     者：李运奔 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘德明;康得军

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：沉积物 磷 吸附材料 控释技术 浅水湖泊 

摘      要：浅水湖泊富营养化蓝藻大规模水华现象普遍存在,磷(phosphorus,P)是引起水体富营养化的主要限制性因子。外源和内源的输入是导致水体中P含量升高的两大原因,其中沉积物内源的输入将会长期加剧或维持水体富营养化,因此在外源P得到有效控制的情况下,如何控制沉积物内源P的释放就显得十分重要。本次研究以城郊小型浅水湖泊-宛山荡为研究对象,通过野外采样调查、沉积物理化性质分析以及室内静态释放模拟,全面了解了沉积物基本特征及氮磷释放状况。为了控制沉积物内源P的释放,通过对凹凸棒(attapulgite,ATP)的改性,研发出了一种新的吸附P的材料-La-700C-ATP,并借助透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱学(FT-IR)一系列分析手段对这种吸附材料进行了表征。具体结果如下:宛山荡沉积物整体上质软且疏松,烧失量(Loss of ignition,LOI)低,氮磷污染状况严重,沉积物中易释放的形态P平均占比为72%,增加了P的潜在释放风险;沉积物已经作为上覆水体中NH-N和PO-P的“源,沉积物NH-N、PO-P年释放量为30.24 t,5.17 t;700C热改性后ATP表面变得粗糙,晶体结构坍塌,镧(lanthanum,La)进一步改性后,晶体结构变得更为分散,这些变化使得La-700C-ATP的吸附性能显著提高;La-700C-ATP对PO-P的最大吸附量可达16967 mg/kg,且1 h以上就可以达到吸附平衡。本研究利用室内静态释放模拟实验评估了材料(La-700C-ATP)覆盖、底泥疏浚、底泥疏浚及材料覆盖联用这3种技术对沉积物内源P的控释效果,同时用平衡式间隙水采样器(pore water equilibrators,Peeper)采集了沉积物间隙水,估算出了不同处理组中沉积物-水界面处PO-P的扩散通量。最后,采用室内静态释放模拟了不同材料覆盖厚度对沉积物内源P的控释效果。结果发现:3种技术处理组中的沉积物均由上覆水中PO-P的内源污染源转为沉积汇,沉积物吸附上覆水中的PO-P,其中底泥疏浚及材料覆盖联用组中的吸附能力最强,材料覆盖组中的与其接近;底泥疏浚及材料覆盖联用组中的扩散通量最小,材料覆盖组中的与其接近;所有材料覆盖处理组中的沉积物均都作为上覆水中PO-P的沉积汇,但随着材料覆盖厚度的增加,沉积物的吸附能力无明显变化。考虑到实际应用成本、现场投加情况以及沉积物内源P的控释效果,在沉积物表面覆盖一定厚度的材料(La-700C-ATP)作为宛山荡沉积物内源P控释技术最为合适。