原位技術控制湖泊沉積物中磷釋放的研究

孫士權,邱 媛,蔣昌波,楊 靜,聶小保,譚萬春,吳方同 (長沙理工大學,水沙科學與水災害防治湖南省重點實驗室,湖南 長沙410114)

原位技術控制湖泊沉積物中磷釋放的研究

孫士權*,邱 媛,蔣昌波,楊 靜,聶小保,譚萬春,吳方同 (長沙理工大學,水沙科學與水災害防治湖南省重點實驗室,湖南 長沙410114)

通過實驗室模擬試驗研究曝氣供氧、沸石覆蓋和硝酸鈣等原位控制東洞庭湖沉積物磷釋放技術效果,試驗結果表明:好氧時,曝氣供氧對上覆水磷濃度的控制效果較差,當溶解氧≥20%,水中磷濃度不隨溶解氧含量的增加而增加,控制效果依次為:硝酸鈣原位處理＞沸石覆蓋＞曝氣≥未處理;厭氧時,控制效果依次為:硝酸鈣原位處理＞曝氣＞沸石覆蓋＞未處理;擾動條件下,控制水體中磷濃度效果依次為:投加硝酸鈣原位處理＞沸石覆蓋＞曝氣＞未處理,但硝酸鈣處理在不同水力作用下保持上覆水磷濃度穩定性不如沸石覆蓋;沸石覆蓋和硝酸鈣原位處理都增大了水體耗氧量,其中以硝酸鈣處理最為顯著,可使水體復氧功能減弱.

東洞庭湖；沉積物；原位控制；釋磷

東洞庭湖流域內大量天然或人工合成有機物、重金屬、氮和磷等污染物和營養物匯入湖區,并不斷沉積聚集在湖底沉積物中,在條件充分時,將向水體釋放[1-5].大量的底泥污染及控制研究,尤其是對磷的研究工作,開展已久[6-9].但主要控制技術分為兩大類:底泥污染易位控制技術和底泥污染原位控制技術[10].易位控制技術主要包括底泥疏竣及疏竣底泥的處理處置.湖泊疏浚的研究多是針對疏浚對生態系統、底棲生物及水體水質等的影響,但疏浚對改善水質消除水體富營養化尚存爭議[11-13].底泥污染原位控制技術主要包括底泥覆蓋、底泥原位處理、化學鈍化以及人工曝氣等[13-15].底泥覆蓋是于污染底泥上部覆蓋一層或多層覆蓋層使底泥與上覆水隔開和阻止底泥污染物向上覆水釋放的一種底泥污染控制技術.化學鈍化技術主要通過投加化學試劑(鋁鹽、鐵鹽和石灰等),固定水體和底泥中的營養鹽(主要是磷),并使底泥表面上部形成覆蓋層,阻止底泥向水體釋放營養鹽.底泥原位處理技術指的是原地利用物理化學或生物方法減少受污染底泥的容積,減少污染物量或降低污染物的溶解度、毒性或遷移性,并減少污染物釋放的受污染底泥整治技術.

底泥污染原位控制技術能夠提高底泥-水體系的溶氧水平和氧化還原電位,能有效控制底泥氮、磷的釋放,但是控制過程對氮、磷形態變化尚不明確[16-20].本研究考察了曝氣供氧、沸石覆蓋和硝酸鈣等原位控制東洞庭湖沉積物磷釋放技術效果及對水體水質變化和對底泥磷形態變化,觀察原位控制技術的綜合性能.

1 材料與方法

1.1 材料

底泥利用自制“抓斗式”沉積物取樣器,于2009年5月,在東洞庭湖區藕池河東支入湖口的舵桿洲附近(112°49′57″E、29°28′36″N)采集,主要為湖底沉積物表層2.0cm的泥樣,除去植物和礫石等殘渣,在0～4℃保存備用.同時,取少量泥樣在陰涼通風處風干,風干后的樣品研磨后過100目篩(篩孔尺寸0.150mm),用于分析.底泥的TP、容重、含水率和pH值的均值分別為1237.06mg/kg、1.27t/m3、58.39%和7.65.

試驗的上覆水為洞庭湖上游的湘江水,上覆水的 CODcr、TP、DO和 pH值的均值分別為18.2mg/L、0.018mg/L、6.7mg/L和7.6.

試驗天然沸石購自河南信陽平橋區中原珍珠巖有限公司,粒徑 1～3cm.其化學成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、K2O、MgO和雜質等,各成分的含量分別為64%、12.84%、1.46%、0.08%、1.67%、3%、0.86%和16.09%.

1.2 裝置和流程

試驗研究在4個圖1所示裝置內進行,裝置均采用有機玻璃柱狀容器(D×H=200mm× 300mm).將處置后的底泥樣品均勻平鋪放入底部,厚度為 50mm.1#裝置為模擬自然復氧狀態研究(對照組);2#為沸石覆蓋技術研究;3#為硝酸鈣原位處理研究;4#為水體好/厭氧狀態研究.1#裝置內虹吸式注入所需試驗用水,并標記刻度;2#裝置的底泥表面均勻平鋪一層沸石,厚度為 10mm,再以虹吸方式注入所需水量的試驗用水,并標記刻度;3#裝置硝酸鈣固體均勻平鋪在底泥表面,投加量為泥樣重的 5%[21],然后虹吸方式注入所需水量的試驗用水,并標記刻度;4#裝置內虹吸式注入所需試驗用水,并標記刻度,在室溫下通過增氧機/充氮機連續曝氣.

圖1 試驗反應器示意Fig.1 Schematic diagram of laboratory experiment

采用通入N2和O2的方法控制上覆水中溶解氧濃度.厭氧控制:試驗在密閉條件下進行,試驗首次運行時通入 99%氮氣 2h.之后,每次取樣和補充試驗用水時,通入99%氮氣1h.

試驗研究溫度變化范圍為 13～19℃;自然復氧在光照條件下進行,而厭氧在避光條件下進行;試驗水土比采用3:1來進行[22].

靜態試驗及動態試驗流程見圖2.

以上覆水中TP濃度變化來反應沉積物TP釋放水平,由TP釋放水平表征原位控制技術效果.

1.3 分析方法

采用EDTA“連續的化學提取”G[22-23]法研究沉積物磷的賦存形態,此法將內源磷分為:鐵磷、鈣磷、有機磷、殘渣磷.而弱吸附性磷和鋁磷采用GSD-12法提取[24].G法見圖3[16].

TP采用堿性過硫酸鉀微波消解-鉬銻抗分光光度法, DR5000型紫外可見分光光度(HACH); DO測定采用 HQ-30d型便攜式溶解氧測定儀(HACH); pH測定采用PHS-3C型精密酸度計(上 海大普儀器公司)

圖2 靜態、動態試驗流程Fig.2 The flow chart of static test and static test and dynamic test

圖3 曝氣供氧條件下上覆水磷濃度變化規律Fig.3 The law of phosphorus concentration of overlying water under the aeration conditions

2 結果與討論

2.1 底泥磷形態和原位控制技術對水質的影響

東洞庭湖底泥中TP濃度達到1237.06mg/kg,與我國其他湖泊(滇池總磷全湖全年平均含量為984mg/kg[25])沉積物總磷含量水平相比,具有較高的磷負荷.各形態磷含量依次為鈣磷＞有機磷＞弱吸附性磷＞殘余磷＞鐵磷＞鋁磷.分別占總磷的47.82%、34.20%、8.97%、5.59%、3.20%和0.22 %.底泥中磷以鈣磷為主,而活性磷(弱吸附態磷、鐵磷、鋁磷)占總磷的11.4%,鋁磷的含量最低,但是底泥中有機磷的含量已達到了相當高的水平.

2.2 原位控制對水體溶解氧的影響

水體溶解氧多寡或者氧化還原電位高低,將影響水體水質和磷的釋放.由圖 4可知,試驗初始階段,表層底泥溶解氧小,消耗溶解氧較快,以對照組最為顯著,但溶解氧都維持在21%(好氧)以上.4d后,各環境下水體中溶解氧含量分別為對照組 62.9%、沸石覆蓋組 64.3%、硝酸鈣組66.1%.隨后,對照組水中溶解氧緩慢上升,到第10d上覆水中溶解氧上升了 15.6%,達到 78.5%;而沸石覆蓋 4d后水體溶解氧變化不大,維持在64.3%～67.6%之間;硝酸鈣原位處理使水體溶解氧降低,第 10d上覆水溶解氧下降了 20.3%,為45.8%,可能是由于 NO3-的引入,增加了水體中營養元素,加快了微生物繁殖速度,從而影響了水中溶解氧含量.

圖4 上覆水體溶解氧飽和度變化規律Fig.4 The law of dissolved oxygen saturation in overlying water

當經過 15d厭氧之后,系統進入自然復氧環境.各環境在自然復氧條件下,水體溶解氧水平上升較快,對照組和硝酸鈣組在 24h內達到好氧水平,沸石覆蓋組 48h達到好氧水平.但隨后各環境下水體溶解氧含量變化差別較大,對照組和沸石覆蓋組在 72h達到最大并維持平衡,其上覆水溶解氧分別為 41.06%和 27.5%;而硝酸鈣組使水體溶解氧含量迅速降低,72h后上覆水體溶解氧飽和度降至1.6%.這主要是由于微生物作用的結果,在厭氧條件下,一些好氧微生物以 NO3-作為電子受體而繼續生存并大量繁殖(如反硝化菌),從而增加了水體好氧微生物量[26],增大了水體耗氧量.

因此,沸石覆蓋和硝酸鈣原位處理技術均影響水體溶解氧,增大了水體耗氧量,相比對照組其水體溶解氧低.

2.3 原位曝氣好氧控制底泥磷釋放效果

曝氣能顯著提高底泥-水體系的溶氧水平和氧化還原電位,且能有效控制底泥磷釋放[18].由圖5可知,當環境處于好氧時,曝氣控制底泥磷釋放效果一般.相比對照組,曝氣在起始階段加強了底泥磷釋放,最大強化磷釋放量為 0.25mg/L;溶解氧濃度增加可提高鐵、錳等金屬離子形成磷酸鹽沉淀的效果[27-28],但是溶解氧含量較高時可減弱聚磷菌吸磷效果[29],加速表層底泥有機磷的釋放;此外,增加了水體的擾動,可能也是一個重要因素[30].經過 8d的擾動性釋放后,曝氣組相比對照組控制磷釋放的效果較顯著,相比對照組曝氣最大強化控制磷釋放量達0.22mg/L.

圖5 曝氣供氧條件下上覆水磷濃度變化規律Fig.5 The law of phosphorus concentration of overlying water under the aeration conditions

試驗樣品底泥各形態磷含量依次為鈣磷＞有機磷＞弱吸附性磷＞鐵磷＞鋁磷.其中鐵磷的存在直接影響沉積物釋磷,其原因是溶解氧決定了水-沉積物界面的氧化還原狀態,當水體中有充足溶解氧時,水-沉積物界面處于氧化狀態,此時利于Fe2+向Fe3+變化,使Fe3+與磷酸鹽結合形成難溶的磷酸鐵而固定于沉積物中;當水體溶解氧下降,出現厭氧狀態時,利于 Fe3+向 Fe2+變化,使PO43-得以脫離沉積物進入間隙水,繼而進入上覆水,使上覆水磷含量上升[31].厭氧條件下微生物的存在能加快鐵的還原,從而進一步促進沉積物中磷向上覆水釋放[32].

高溶解氧水平對于控制沉積物向上覆水釋磷,維持水體較低TP 含量是必要的.

2.4 沸石覆蓋控制底泥磷釋放的效果

Bona等[33]通過模擬實驗研究了鋁鹽改性沸石覆蓋威尼斯Lagoon湖底泥,好氧和厭氧時均可以完全抑制磷的釋放,即使覆蓋層在2mm的條件下也有類似效果,在厭氧條件下,還可抑制 As、Hg和NH4+的釋放;在好氧條件下,可抑制硝化和反硝化作用,提高了底泥的氮容量.Berg等[34]提出可以采用方解石構造活性覆蓋系統用于底泥磷釋放的控制,1cm厚的方解石覆蓋層可以抑制至少2～3個月底泥80%磷釋放通量,并且方解石覆蓋層對底泥磷釋放控制的效率可以通過調整水體的水化學狀況加以優化.

由圖6可知,好氧時,對照組8d后上覆水磷含量達到最大為 0.966mg/L;沸石覆蓋條件下,5d后上覆水磷濃度達到最大為 0.479mg/L,隨后達到釋放平衡,與對照組相比,底泥磷的最大累積釋放量降低了50.4%.厭氧時,對照組和沸石覆蓋組上覆水磷濃度都迅速上升.對照組,上覆水磷濃度最大達到 3.55mg/L,與好氧時相比增加了3.5倍;而沸石覆蓋條件下,水體磷濃度最大達到2.15mg/L,趨于平衡,與好氧時相比增加了4.5倍,相對與未處理(對照組)時相比降低了 39.4%.自然光照時,隨著水中溶解氧含量的增加,水體磷濃度下降.96h后,對照組在自然復氧條件下水中磷濃度降低了64.5%,達到平衡后曝氣1d,上覆水中磷含量又降低 35.9%.而沸石覆蓋組在自然復氧條件下,上覆水磷含量降低了50.2%,達到平衡后曝氣1d后上覆水中磷濃度降低了23.5%.說明沸石覆蓋控制底泥磷釋放的效果受水體溶解氧水平影響較大,曝氣供氧可降低水體厭氧時73%的磷含量.

通過沸石覆蓋對底泥磷釋放控制作用主要是通過覆蓋效應、化學效應和吸附效應的綜合作用[35].一方面,沸石吸附水中的氨氮,置換沸石表面的金屬離子(如 Ca2+)吸附了間隙水釋放出的磷;另一方面由于沸石的比重較大,覆蓋在底泥表面的對底泥產生壓實作用,降低了含水隙率,減緩底泥與上覆水的物質交換;此外,沸石對磷酸鹽具有一定的吸附作用[36].

天然沸石覆蓋能夠較有效地控制底泥磷釋放,當水體處于厭氧條件時其控磷尤為有效.

2.5 硝酸鈣處理控制水體磷含量的效果

Ripl[16]首先提出了向底泥注入硝酸鹽的方法用于底泥磷釋放的控制.Murphy等[15]采用硝酸鈣對日本 Biwa湖底泥進行修復,采用硝酸鈣可以有效的降低底泥內部間隙水中磷濃度,其去除率達到 97%,現場試驗還發現投加硝酸鈣使得表層底泥(0～11.5cm)間隙水磷濃度降低了79%、硫化物含量降低了93%.

由圖7知,投加硝酸鈣處理后受溶解氧影響水平較低.對照組在好氧條件下8d后上覆水磷含量達到最大為 0.966mg/L,達到平衡后使環境為厭氧條件,對照組上覆水中磷含量隨時間延長而升高,最高達到3.58mg/L,釋放平衡后讓水體再進入好氧環境,上覆水中的磷含量持續下降.硝酸鈣處理條件下,5d后裝置上覆水磷濃度達到最大為0.46mg/L,達到平衡后使環境為厭氧條件,僅在開始時上覆水中的磷含量達到了最大累積釋放量0.662mg/L,其后如何改變環境溶解氧含量,累積釋放量均處于相對平衡狀態.投加硝酸鈣處理后,好氧時,相比對照組,水體磷濃度最大降低了53.5%;厭氧時,相比對照組水體磷最大降低了83.4%.

硝酸鈣控制底泥磷釋放的過程主要是當底泥中注入硝酸鈣后,鈣離子與底泥空隙水及底泥上覆水體中的各種磷酸根結合成不溶性的鹽,沉淀吸附在底泥顆粒表面;同時,底泥中的Fe2+被硝酸鹽氧化Fe3+,加強了鐵氧化物對磷的吸附,從而減少了 Fe-P的釋放;此外,當厭氧條件下存在硝酸鹽時,由于反硝化的速度比聚磷菌釋磷反應的速度快,會搶先利用底泥中的易降解有機物(如揮發性脂肪酸VFA)而導致聚磷菌缺乏可利用的碳源,使厭氧釋磷的速度和量都下降,同時硝酸鹽可充當電子受體,促進了聚磷菌吸收磷[16].

圖7 硝酸鈣原位處理對上覆水磷濃度的影響Fig.7 The effects of phosphorus concentration of overlying water under calcium nitrate in-situ treatment

硝酸鈣投加量為底泥樣重的 5%時,控制磷的釋放效果十分顯著.

2.6 不同擾動條件下對各原位控制技術控制上覆水磷濃度的影響

由圖8知,低強度擾動時,原位控制技術使上覆水中TP濃度變化不大,控制釋放效果較好, 3h時都達到最大累積釋放量,分別為對照組1.72mg/L、沸石覆蓋組 2.14mg/L、硝酸鈣組1.29mg/L、曝氣組 1.29mg/L.硝酸鈣在水力作用較小條件下,控制底泥磷釋放效果最佳,原因是硝酸鈣的投加能降低間隙水中磷濃度[16],減小因擾動引起底泥懸浮時隙水中磷向上覆水交換的濃度;另外,高濃度無機鹽可使表層底泥板結,增加了底泥粘合性,降低了表層的懸浮量[37-38].曝氣組控磷釋放效果佳,是因水力作用較小,底泥懸浮量相對較少,向水體增加的氧氣能有效氧化間隙水釋放的 Fe2+和懸浮底泥表面的 Fe2+,在此過程中吸附了水體中的磷,降低了間隙水以及懸浮沉積物釋放量.

圖8 不同擾動條件下上覆水磷含量變化規律Fig.8 The law of phosphorus concentration of overlying water different intensity of disturbance in water

經過12～24h段靜止狀態(除曝氣組外),4組裝置進入高強度擾動.4組上覆水中磷濃度均增加,以對照組最為顯著,磷濃度到達 2.24mg/L;沸石覆蓋組、硝酸鈣組和曝氣組上覆水中磷最大濃度分別為1.33,1.09,1.79mg/L;與同條件下低強度擾動時4組裝置上覆水磷含量相比,分別增加了2.1倍、1.3倍、1.6倍和2.1倍.不同擾動程度下水中磷濃度穩定性以沸石覆蓋最好,但控制效果不入投硝酸鈣.而曝氣可提高水體 Eh,有助于底泥對磷的吸附;但是,在水體擾動條件下曝氣,增加水體的紊流程度,加大底泥的懸浮,增加了沉積物顆粒的反應界面并促使沉積物釋放磷,同時加速了沉積物間隙水中磷的擴散[39-40].在水體擾動強度較大情況下曝氣供氧使水體磷濃度降低效果不佳,與單獨擾動時相比,上覆水中磷濃度只降低了 12%,而投加硝酸鈣和沸石覆蓋分別為51.5%和 40.7%.因此,原位控制技術即使在擾動條件下,仍具有較好的控制磷釋放效果.

3 結論

3.1 在好氧條件下,沸石覆蓋和硝酸鈣處理可明顯降低水體磷濃度,分別降低了 50.4%和53.5%,而曝氣供氧控制水體磷含量無明顯效果,其控制水體中磷濃度效果依次為硝酸鈣＞沸石覆蓋＞曝氣≥未處理.

3.2 厭氧條件下,硝酸鈣處理控制水體磷含量最佳.與未處理時相比,硝酸鈣處理可使上覆水磷濃度降低 83.4%,而沸石覆蓋只降低了 39.4%,其控制水體中磷濃度效果依次為硝酸鈣＞曝氣＞沸石覆蓋＞未處理.

3.3 沸石覆蓋和硝酸鈣處理對水質都有一定得影響,通過沸石覆蓋使水體溶解氧相對于自然條件水體降低了 10%,而硝酸鈣處理使水體溶解氧更低.

3.4 各原位控制技術都受水動力作用而影響其控制效果,其控制水體中磷濃度效果依次為投加硝酸鈣＞沸石覆蓋＞曝氣＞未處理,但硝酸鈣處理在不同水力作用下保持上覆水磷濃度穩定性不如沸石覆蓋.

[1] 余德清,皮建高.洞庭湖區洲土變化特征與地殼沉降遙感研究[J]. 湖南地質. 2002,21(1):46-50.

[2] 姜加虎,黃 群,孫占東.洞庭湖泥沙淤積與洲灘變化研究 [J].人民長江, 2009,40(14):74-75.

[3] 袁和忠,沈 吉,劉恩峰.太湖不同湖區沉積物磷形態變化分析[J]. 中國環境科學, 2010,30(11):1522-1528.

[4] 郜 蕓,盧少勇,遠 野,等.擾動強度對鈍化劑抑制滇池沉積物磷釋放的影響 [J]. 中國環境科學, 2010,30(Suppl.):75-78.

[5] 陳如海,詹良通,陳云敏,等.西溪濕地底泥氮、磷和有機質含量豎向分布規律 [J]. 中國環境科學, 2010,30(4):493-498.

[6] Carpenter S R. Phosphorus control is critical to mitigating eutrophication [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2008,105:11039-11040.

[7] Wang S, Jin X, Chu J, et al. Organic phosphorus in shallow lake sediments in middle and lower reaches of the Yangtze River area in China [J]. Pedosphere, 2008,18(3):394-400.

[8] 張麗媛,王圣瑞,儲昭升,等.洋河水庫流域土壤與庫區沉積物中磷形態特征研究 [J]. 中國環境科學, 2010,3(11):1529-1536.

[9] 邵立明,何品晶,洪祖喜.受污染疏浚底泥用作植物培植土的環境影響分析 [J]. 環境科學研究, 2004,17(3):51-54.

[10] 洪祖喜,何品晶.受污染底泥易地處理處置技術 [J]. 上海環境科學, 2002,21(4):233-236.

[11] 濮培民,王國祥,胡春華,等.底泥疏浚能控制湖泊富營養化嗎[J].湖泊科學, 2000,12(3):269-279.

[12] 安 琪,李發榮.滇池草海底泥疏挖對水體水質及底泥影響分析研究 [J]. 云南地理環境研究, 2002,14(2):65-69.

[13] 金相燦,王圣瑞,龐 燕.太湖沉積物磷形態及pH值對磷釋放的影響 [J]. 中國環境科學, 2004,24(6):707-711.

[14] 孫 傅,曾思育,陳吉寧.富營養化湖泊底泥污染控制技術評估[J]. 環境污染治理技術與設備, 2003,4(8):61-64.

[15] Murphy T P, Lawson A, Kumagai M, et al. Review of emerging issues in sediment treatment [J]. Aquat. Ecosyst. Health Manage, 1988,2:419-434.

[16] Ripl W. Biochemical oxidation of polluted lake sediment with nitrate a new restoration method [J]. Ambio., 1976,5:132-135.

[17] Patrick H, Jacobs A, Ulrich Y, et al. Concept of subaqueous capping of contaminated sediments with active barrier systems (ABS) using natural and modifed zeolites [J]. Wat. Res., 1999, 33(9):2083-2087.

[18] 袁文權,張錫輝,張麗萍.不同供氧方式對水庫底泥氮磷釋放的影響 [J]. 湖泊科學, 2004,16(1): 28-34.

[19] Gerlinde W, Thomas G. Peter C, et al. P-immobilisation and phosphatase activities in lake sediment following treatment with nitrate and iron [J]. Limnologica, 2005,35:102-108.

[20] Gibbs M, Ozkundakci D. Effects of a modified zeolite on P and N processes and fluxes across the lake sediment-water interface using core incubations [J]. Hydrobiologia, 2010,31:135-145.

[21] 鄒聯沛,章 萍,錢光人.底泥原地穩定化過程中藥劑對上覆水體的影響 [J]. 水科學進展, 2008,19(4):494-498.

[22] 幸治國,鐘成華.長江干流入庫斷面背景濃度及庫區污染源排污負荷現狀與預測研究 [R]. 重慶:重慶市環境科學研究院, 2000.

[23] 朱廣偉,秦伯強,高 光,等.長江中下游淺水湖泊沉積物中磷的形態及其與水相磷的關系 [J]. 環境科學學報, 2004,24(3):354-358.

[24] 黃清輝,王東紅,王春霞.沉積物中磷形態與湖泊富營養化的關系 [J]. 中國環境科學, 2003,23(6):583-586.

[25] 朱廣偉,秦伯強.沉積物中磷形態的化學連續提取方法應用研究[J]. 農業環境科學學報, 2003,22(3):349-352.

[26] 陳永川,湯 利,張德剛,等.滇池沉積物總磷的時空分布特征研究 [J]. 環境污染及其防治, 2007,26(1):51-57.

[27] 張自杰.排水工程下 [M]. 北京:中國中國建筑工業出版社, 2000.

[28] 孫士權,楊 靜,譚萬春,等.東洞庭湖底泥的釋磷特性 [J]. 長沙理工大學學報(自然科學版), 2010,7(2):87-92.

[29] 行智強,陳銀廣,楊海真.影響強化生物除磷的關鍵因素研究進展 [J]. 環境保護科學, 2006,32(1):31-33.

[30] 孫 傅,曾思育,陳吉寧.富營養化湖泊底泥污染控制技術評估[J]. 環境污染治理技術與設備, 2003,4(8):61-64.

[31] 隋少峰,羅啟芳.武漢東湖底泥釋磷特點 [J]. 環境科學, 2001,22(1):102-105.

[32] 孫曉航,張 昱,楊 敏.微生物對太湖沉積物磷釋放影響的模擬實驗研究 [J]. 環境化學, 2006,25(1):24-27.

[33] Bona F, Cecconi G, Maffiotti A. An integrated approach to assess the benthic quality after sediment capping in Venice Lagoon [J]. Aquatic Ecosystem Health and Management, 2000,3:379-386.

[34] Berg U, Neumann T, Donnert D, et al. Sediment capping in eutrophic lakes efficiency of undisturbed calcite barriers to immobilize phosphorus [J]. Applied Geochemistry, 2004,19: 1759-1771.

[35] 金相燦,(日)稻森悠平,(韓)樸俊大,等.湖泊和濕地水環境生態修復技術與管理指南 [M]. 北京：科學出版社,2007.

[36] 葉恒朋,陳繁忠,盛彥清,等.覆蓋法控制城市河涌底泥磷釋放研究 [J]. 環境科學學報, 2006,26(2):262-268.

[37] 宗棟良,張光明.硝酸鈣在底泥修復中的作用機理及應用現狀[J]. 中國農村水利水電, 2006,(4):52-54.

[38] Petticrew E L, Arocena J M. Evaluation of iron-phosphate as a source of internal lake phosphorus loadings [J]. The Science of the Total Envitanment, 2001,26:87-93.

[39] 張 路,范成新,秦伯強.模擬擾動條件下太湖表層沉積物磷行為的研究 [J]. 湖泊科學, 2001,13(l):35-42.

[40] 盧少勇,金相燦,胡小貞,等.擾動與鈍化劑對水/沉積物系統中磷釋放及磷形態的影響 [J]. 中國環境科學, 2007,17(5):437-440.

Effect of in-situ control techology of phosphorus release in lake sediments by laboratory simulation.

SUN Shi-Quan*, QIU Yuan, JIANG Chang-bo, YANG Jing, NIE Xiao-bao, TAN Wan-chun, WU Fang-tong (Key Laboratory of Hunan Province of The Water Wand Science and the Water Disaster Prevent and Control, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China). China Environmental Science, 2011,31(5)：845～851

Taking Dong Dongting Lake sediments as the research object. The effects of phophorus concentration and water quality of overlying water under in-situ control techology, including zeolite capping, calcium nitrate in-situ treatment and aeration, were analyzed, by laboratory simulation. The effects of the control of phosphorus concentration in overlying water in aerobic environment was very badly, when the dissolved oxygen saturation more than 20%, the concentration of phosphorus did not be changed in water, and the effects of control was followed by calcium nitrate in-situ treatment＞zeolite capping＞aeration≥untreated. When under anaerobic condition, the effects of contral was followed by calcium nitrate in-situ treatment ＞ aeration＞zeolite capping ＞ untreated. Under the hydrodynamic condition, the effects of control was followed by calcium nitrate in-situ treatment＞zeolite capping＞aeration＞untreated, however, under different of hydrodynamic condition, the stability of phosphorus concentration to maintain in overlying water under zeolite capping was better than calcium nitrate in-situ treatment; Zeolite capping and calcium nitrate in-situ treatment were increased the oxygen consumption in water, and calcium nitrate in-situ treatment was the most significantly, and it was made the water lose reoxygenation function.

Dong Dongting Lake；sediment；in-situ control；phosphorus release

X703

A

1000-6923(2011)05-0845-07

2010-09-15

湖南省科技廳科技計劃資助項目(2010SK3024);水沙科學與水災害防治湖南省重點實驗室開放課題(2008SS05)

* 責任作者, 講師, sunsprite8010@163.com

孫士權(1980-),男,安徽淮北人,講師,碩士,主要研究方向為水資源保護與水質控制、水處理技術、水環境修復.發表論文15篇.