改性沸石對太湖底泥-水系統(tǒng)中磷的固定作用

改性沸石對太湖底泥-水系統(tǒng)中磷的固定作用

磷酸是引起湖泊富營養(yǎng)化的重要養(yǎng)分之一。目前,底泥磷釋放控制技術(shù)主要包括異位控制技術(shù)和原位控制技術(shù)兩大類底泥原位改良技術(shù),即通過向底泥添加吸附劑以降低底泥中的污染物向水體遷移的風(fēng)險,是近年來新出現(xiàn)的一種底泥污染物釋放原位控制技術(shù)目前,研究人員已經(jīng)考察了向底泥添加鑭改性黏土(Phoslock1材料和方法實驗所用天然沸石購自浙江省縉云縣,粒徑小于0.075mm,化學(xué)成分為:SiO1.2不同硅酸根離子濃度條件下改性沸石固定底泥磷含量的測定1.2.1不同反應(yīng)時間條件下鑭改性沸石固定底泥-水系統(tǒng)中磷研究配制濃度為0.02mol/L的KCl溶液,并將它的pH值調(diào)節(jié)至7.移取100mL的上述溶液置于錐形瓶中,并加入0.5g太湖底泥或0.5g太湖底泥和0.025g鑭改性沸石的混合物,再將錐形瓶置于25℃的恒溫振蕩器中以200r/min進行振蕩.反應(yīng)一段時間后對錐形瓶中混合液采用過濾的方式進行固液分離.采用鉬銻抗分光光度法測定濾液中溶解性磷酸鹽磷(DIP)濃度,并采用過硫酸鉀消解后鉬銻抗分光光度法測定濾液中溶解性總磷(DTP)濃度.1.2.2不同pH值條件下鑭改性沸石固定底泥-水系統(tǒng)中磷研究配制濃度為0.02mol/L的KCl溶液,并將它們的pH值分別調(diào)節(jié)至4,5,6,7,8,9,1011,12.分別移取100mL上述溶液置于一系列的錐形瓶中,再向錐形瓶中加入0.5g太湖底泥或0.5g太湖底泥和0.025g鑭改性沸石的混合物,再將錐形瓶置于25℃的恒溫振蕩器中以200r/min進行振蕩.反應(yīng)24h后對錐形瓶中混合液進行固液分離,再測定濾液中DIP和DTP濃度.反應(yīng)結(jié)束后收集錐形瓶中的固體樣品.采用文獻[24]的方法分析所收集的固體樣品中各種形態(tài)無機磷含量,該方法將底泥中的無機磷分為弱吸附態(tài)磷(NH1.2.3不同硅酸根離子濃度條件下鑭改性沸石固定底泥-水系統(tǒng)中磷研究配制含KCl(濃度為0.02mol/L)和硅酸鈉(濃度為0~2mmol/L)的溶液,并將它們的pH值調(diào)節(jié)至7.分別移取100mL上述溶液置于一系列錐形瓶中,再向錐形瓶中加入0.5g太湖底泥或0.5g太湖底泥和0.025g鑭改性沸石的混合物,再將錐形瓶置于25℃的恒溫振蕩器中以200r/min進行振蕩.反應(yīng)24h后對錐形瓶中混合液進行固液分離,再測定濾液中DIP和DTP濃度.1.2.4低溶解氧條件下鑭改性沸石固定底泥-水系統(tǒng)中磷研究配制濃度為0.02mol/L的KCl溶液,通過添加亞硫酸鈉的方式去除溶液中的溶解氧(DO),使溶液中DO濃度小于0.5mg/L,再將它的pH值調(diào)節(jié)至7.稱取25g太湖底泥或25g太湖底泥和1.25g鑭改性沸石的混合物置于1L的棕色試劑瓶中,再向試劑瓶中注滿上述的KCl溶液,再將試劑瓶置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中.培養(yǎng)23d后取出試劑瓶中的水樣.采用pH計測定水樣的pH值,并采用溶氧儀測定水中的溶解氧濃度.過濾后測定濾液中DIP和DTP濃度.1.2.5不同老化時間條件下鑭改性沸石固定底泥-水系統(tǒng)中磷研究配制濃度為0.02mol/L的KCl溶液,并將它的pH值調(diào)節(jié)至7.通過以下步驟制備了老化時間為1,15,30d的鑭改性沸石改良太湖底泥:稱取10g太湖底泥和0.5g鑭改性沸石一并置于錐形瓶中,再向錐形瓶中加入100mL濃度為0.02mol/L的KCl溶液;將錐形瓶置于25℃的恒溫振蕩器中以200r/min進行振蕩;反應(yīng)1,15,30d后收集錐形瓶中的固體材料,風(fēng)干,破碎,過0.075mm孔徑篩后即得到用于后續(xù)研究的固體樣品.移取20mL去離子水置于一系列錐形瓶中,再向錐形瓶中加入0.1g太湖底泥或0.1g鑭改性沸石改良太湖底泥,再將錐形瓶置于25℃的恒溫振蕩器中以200r/min進行振蕩.反應(yīng)24h后對錐形瓶中的混合液進行固液分離,再對濾液中DIP濃度進行測定.1.2.6不同初始磷濃度條件下鑭改性沸石固定底泥-水系統(tǒng)中磷研究采用KH2結(jié)果與討論2.1不同反應(yīng)時期，滴加糊劑對土壤中的磷釋放的控制效果底泥吸附磷還是釋放磷主要是由磷吸附-解吸平衡濃度(EPC由圖1可見,當(dāng)水中C2.2不同形態(tài)磷含量分布特征上覆水的pH值是影響太湖底泥磷釋放的重要因素圖3為pH4、7和11條件下釋放磷后太湖底泥和鑭改性沸石改良太湖底泥的磷形態(tài)分布特征.由圖3可見,太湖底泥中各種形態(tài)磷含量從大到小依次為HCl-P>NaOH-P>BD-P>Org-P>NH2.3硅酸根離子對底泥磷釋放的控制效果實際水體中可能存在一定數(shù)量的硅酸根離子.水中存在的硅酸根離子可能會影響底泥中磷的釋放.由圖4可見,水中存在的硅酸根離子促進了太湖底泥磷的釋放,并且太湖底泥的磷釋放量隨水中硅酸根離子濃度的增加而增加.底泥對磷和硅的吸附存在共同的吸附位2.4在低溶解氧條件下，改性沸騰石對土壤中氮磷的釋放具有控制作用研究表明,厭氧狀態(tài)有利于底泥磷的釋放2.5不同老化時間條件下改性沸石對底泥磷釋放的控制效果鑭改性沸石與底泥接觸后,底泥中部分組分可能會與鑭改性沸石發(fā)生相互作用,從而可能改變了鑭改性沸石表面的性質(zhì),從而影響到了鑭改性沸石對磷的固定能力.鑭改性沸石與底泥的接觸時間(即“老化時間”)可能是影響鑭改性沸石固定底泥-水系統(tǒng)中磷的重要因素.當(dāng)太湖底泥以及老化時間為1,15,30d鑭改性沸石改良太湖底泥與水接觸后,水中的DIP濃度依次為(0.069±0.006),(0.032±0.003),(0.035±0.006),(0.050±0.003)mg/L.這說明采用鑭改性沸石對太湖底泥進行改良減少了太湖底泥磷的釋放,并且隨著老化時間的增加,鑭改性沸石固定太湖底泥-水系統(tǒng)中磷的效率隨之下降.推測原因可能是:太湖底泥中的天然性有機物可能會被吸附到鑭改性沸石的表面,使得鑭改性沸石表面的磷吸附位減少,從而降低了鑭改性沸石對太湖底泥-水系統(tǒng)中磷的固定能力2.6不同老化時間改性沸石對底泥磷的等溫吸附效果由圖5可見,當(dāng)水中磷濃度較高時(0.5~15mg/L),太湖底泥和鑭改性沸石改良太湖底泥對磷的吸附量均為正值,并且均隨初始磷濃度的增加而增加.鑭改性沸石改良太湖底泥對水中磷的吸附能力明顯強于太湖底泥.這說明采用鑭改性沸石對太湖底泥進行改良明顯增強了太湖底泥對磷的吸附能力.底泥對水中磷酸鹽的吸附能力主要取決于鋁和鐵含量采用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型由表2可見,與Freundlich等溫吸附模型相比,Langmuir等溫吸附模型可以更好地用于描述太湖底泥和不同老化時間鑭改性沸石改良太湖底泥對水中較高濃度磷的等溫吸附行為.根據(jù)Langmuir等溫吸附模型,太湖底泥對水中磷的最大單位吸附量為405mg/kg,老化時間為1,15,30d的鑭改性沸石改良太湖底泥對水中磷的最大單位吸附量分別為806,763,709mg/kg.顯然,鑭改性沸石改良太湖底泥對水中磷的最大單位吸附量明顯高于太湖底泥,并且鑭改性沸石改良太湖底泥對磷的最大單位吸附量隨著老化時間的增加而下降.由圖6可見,吸附磷酸鹽后太湖底泥中各種形態(tài)磷含量從大到小依次為NaOH-P>BD-P>HCl-P>Org-P>NH2.7不同底泥磷吸附量的確定應(yīng)用鑭改性沸石原位改良技術(shù)控制底泥磷釋放的一個關(guān)鍵技術(shù)問題是要確定鑭改性沸石的添加量.理想情況下,鑭改性沸石的添加量可以根據(jù)鑭改性沸石的最大磷單位吸附量、底泥的潛在釋放磷含量、以及需要控制的底泥總量等數(shù)據(jù)加以確定.供試的太湖底泥和鑭改性沸石添加量為50g/(kg底泥)的改良太湖底泥(老化時間為1d)對水中磷的最大單位吸附量分別為405,806mg/kg,從而計算得到鑭改性沸石對水中磷的最大單位吸附量為8421mg/kg.供試底泥的總磷含量為391mg/kg.假定供試底泥中磷會全部被釋放出來,為了有效控制底泥磷的釋放理想情況下計算得到的1kg供試底泥至少需要添加46g鑭改性沸石.底泥與水體之間的磷交換過程是非常復(fù)雜的,它不僅包括磷的物理循環(huán)和化學(xué)循環(huán),而且包括更為復(fù)雜的生物循環(huán)鑭是一種對人體健康、生態(tài)系統(tǒng)有害的金屬3不同底泥中磷酸鹽的吸附能力3.1當(dāng)水中磷濃度很低時,太湖底泥和鑭改性沸石改良太湖底泥均釋放出磷.鑭改性沸石改良太湖底泥的釋磷量少于太湖底泥.鑭改性沸石改良太湖底泥中NaOH-P和HCl-P等較為穩(wěn)定形態(tài)磷含量多于太湖底泥,而鑭改性沸石改良太湖底泥中BD-P這種不穩(wěn)定形態(tài)磷含量少