覆盖处理对沉积物-水界面磷迁移转化的影响

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水体富营养化已成为一个全球性的环境问题。沉积物既是蓄积水体污染的“汇”,也是造成水体污染的“源”;沉积物的内源P释放是影响浅水湖泊治理成效的主要因素之一。颗粒物的再悬浮,溶解氧、pH的变化,以及P赋存形态的差异均可能促进沉积物P的释放。沉积物覆盖技术是治理湖泊内源污染的重要手段之一。目前的研究主要揭示了覆盖处理后上覆水P含量以及沉积物各形态P含量的变化,对覆盖剂投加后,P在沉积物-水界面附近的迁移转化过程研究较少。  本文选取三种常用覆盖剂:含铝覆盖剂(Al2(SO4)3),含镧覆盖剂(镧改性膨润土,Phoslock(@))以及含钙覆盖剂(改性海泡石,NCSP)。设置不同的浓度梯度和时间梯度,采用原位高分辨率采样技术,同时结合传统的分析方法,研究不同覆盖条件下沉积物-水界面P迁移转化的特征,揭示覆盖剂影响P迁移转化过程的作用机制。主要结果如下:  (1)不同浓度铝盐覆盖剂投加后,上覆水反应活性P(SRP),间隙水SRP及沉积物有效P含量呈降低趋势,其中有效P含量降幅相对较小;剂量为Al/Pmob=15(摩尔比)的铝盐覆盖处理,上覆水SRP含量可迅速降至0.01 mg L-1以下,并保持相对稳定;覆盖处理60天后,间隙水SRP和沉积物有效P含量趋于稳定,其降幅分别为76%和55%;随着铝盐覆盖剂的投加,表层沉积物中全部的Labile-P和大部分Fe-P被转化成更加稳定的Al-P,表层1cm Pmob占TP比例可降至5%左右,且该部分Pmob主要为Org-P,释放风险相对较低。该剂量的铝盐覆盖处理可以有效地控制沉积物的内源P释放。  (2)不同浓度Phoslock(@)覆盖剂投加后,上覆水SRP,间隙水SRP及沉积物有效P含量呈降低趋势,其中有效P含量降幅相对较小,但显著高于铝盐覆盖剂;剂量为Phoslock(@)/Pmob=200(质量比)的覆盖处理,上覆水SRP含量可迅速降至0.01mg L-1以下,并保持相对稳定;覆盖处理处理80天后,间隙水SRP和沉积物有效P趋于稳定,其降幅分别为92%和82%。随着Phoslock(@)覆盖剂的投加,Phoslock(@)覆盖剂将大部分Labile-P,部分Fe-P和Al-P转化为更加稳定的Ca-P,可以将Pmob占TP的比例降至30%左右。该剂量的Phoslock(@)覆盖处理可以有效地控制沉积物的内源P释放。  (3)不同浓度NCSP覆盖剂投加后,上覆水SRP,间隙水SRP及沉积物有效P含量呈上升趋势,其中上覆水和间隙水SRP含量上升明显;剂量为NCSP/Pmob=20(质量比)的覆盖处理,10天后,上覆水SRP含量下降37%,随后含量迅速上升,并趋于稳定,稳定后平均增幅高达141%;覆盖处理前期(覆盖处理时间<45天),间隙水SRP和沉积物有效P含量均随着时间延长而增加,最大增幅分别为58%和22%;覆盖处理后期(覆盖处理时间≥45天),间隙水SRP随着时间进一步增加,最大增幅达114%,沉积物有效P含量随时间没有明显变化;随着NCSP覆盖剂的投加,表层沉积物中Fe-P、Al-P,以及TP含量降低,Labile-P和Ca-P含量明显增加,Pmob含量降低,但其占TP的比例并没有随之降低。对于控制Al-P含量较高的沉积物的内源P释放,NCSP覆盖剂的适用性还需要进一步研究。
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