改性沸石覆盖层持续修复受污染沉积物的试验研究

摘要

现如今富营养化水体内源污染的防治受到了国内外的关注，而采用沸石覆盖为一项较为行之有效的措施，但其使用寿命又受到了一定限制。因此本课题基于此研究沸石改性的最佳方法即综合沸石的氨氮去除效率与原位生物再生率的提高，探索不同吸附量的铵吸附沸石的生物再生效果和沸石挂膜方式的改变对沸石原位生物再生效果的影响，最后采用将其与原位覆盖沉积物配合使用的方法，来达到消减河流沉积物氮污染负荷的作用。
　　1、对沸石进行焙烧、盐酸和盐改性的试验可知：采用NaCl改性（每克天然沸石投入到10mL、1mol/L的NaCl溶液，振荡24h）得到的改性沸石是提高沸石原位生物再生效果的有效改性方法，其中氨氮吸附量较天然沸石提高了1.34倍，原位生物再生速率提高了1.19倍。
　　2、模拟沉积物氨氮持续释放16d、67d和83d后的沸石氨氮含量分别约为1mg/g、4 mg/g和5 mg/g，在投加不同细菌浓度的菌悬液的条件下运行30d，结果表明：（1）沸石的氨氮吸附量越小、菌悬液的细菌浓度越高其所需的再生时间越短，投加菌悬液浓度为80 mL/g时，天然沸石的生物再生时间分别为42d、90d和103d，改性沸石为36d、78d和84d，说明铵吸附沸石在修复沉积物期间有一定程度的原位再生能力。（2）铵吸附沸石的原位生物再生速率前7d较快，其中天然沸石为40.9mg/(k g·d)、108.3 mg/(k g·d)和97 mg/(k g·d)，改性沸石为42.5 mg/(k g·d)、123.2mg/(k g·d)和138.3 mg/(k g·d)，之后随着时间的推移有逐渐降低的趋势，在第15~30d期间内天然沸石变为30.1 mg/(k g·d)、31.9 mg/(k g·d)和46.6 mg/(k g·d)，改性沸石为50.1mg/(kg·d)、37.1 mg/(k g·d)和54.4 mg/(k g·d)。
　　3、挂膜沸石原位生物再生试验，沸石在7d试验期间内吸附了一定量的氨氮：（1）在低吸附量条件下，挂膜沸石的原位生物再生速率随吸附量的增加而增加，其中天然分开挂膜沸石在吸附量2.18 mg/g时达到最大为47.8 mg/(k g·d)；而改性混合挂膜沸石在吸附量为2.39 mg/g达到最大为85.4 mg/(k g·d)，之后随着氨氮吸附量的增加，沸石的生物再生效果就会受到抑制。（2）当模拟沉积物氨氮持续释放67d后即沸石的氨氮吸附量小于4 mg/g时，天然沸石的分开挂膜效果较好，其原位生物再生速率为30~50mg/(k g·d)；而改性沸石为混合挂膜效果较好，其原位生物再生速率为65~85mg/(k g·d)，挂膜沸石的原位生物再生速率与沉积物的氨氮平均释放速率（氨氮平均释放速率为60~70mg/(m2·d)，沸石覆盖沉积物密度为1kg/m2）相当，说明挂膜沸石能够持续修复受污染沉积物。
　　4、关于沸石层修复沉积物的试验表明：（1）在密闭条件下，覆盖天然沸石、改性沸石、天然挂膜沸石和改性挂膜沸石的系统中上覆水总氮的去除率分别达到了60.72％、69.39%、75.52%、82.41%。（2）在模拟河流、湖泊条件下，经过三轮沉积物覆盖试验，其中覆盖天然混合挂膜沸石上覆水总氮消减效率最好为31.89%，三轮试验的修复效果分别为1.178 mg/g、2.379 mg/g和2.17 mg/g；改性沸石为混合挂膜消减效率最好为36.12%，三轮试验的修复效果分别为1.212 mg/g、2.412 mg/g和2.402mg/g，说明覆盖挂膜沸石层可以持续修复受污染沉积物。

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1 概述

1. 1 前言

1. 2 沉积物修复的研究现状

1. 3 课题的研究思路和内容

2 试验材料与方法

2. 1 试验装置与材料

2. 2 试验分析方法

2. 3 试验仪器

3 沸石改性对原位生物再生的影响

3. 1 引言

3. 2 沸石改性试验方案

3. 3 改性沸石氨氮吸附试验

3. 4 改性沸石生物附着量试验

3. 5 改性沸石原位生物再生试验

3. 6 沸石的扫描电镜结果

3. 7 结论

4 影响沸石原位生物再生试验因素的研究

4. 1 引言

4. 2 铵吸附沸石原位生物再生试验

4. 3 挂膜沸石的原位生物再生试验

4. 4 结论

5 沸石原位修复沉积物的试验研究

5. 1 引言

5. 2 密闭条件沉积物覆盖原位修复试验

5. 3 室内模拟条件沉积物覆盖原位修复试验

5. 4 结论

6 结论与建议

6. 1 结论

6. 2 建议

致谢

参考文献

硕士研究生期间研究成果