城市水体底泥资源化用于水体磷的吸收和内源磷固定的机制研究

在实际中实现底泥资源化用于城市水体修复，本质在于如何提高底泥对磷的吸收容量和强化内源磷的固定。底泥扰动是实现这一目的的关键技术。但目前人们对底泥扰动对水体富营养化的贡献存在争议，焦点在研究方法和研究目的上，因此认为底泥资源化用于水体修复是不可行的。本项目通过改进研究方法，即采用自然水体原水和增加扰动次数，研究磷在水/底泥系统中的迁移转化效应，为底泥资源化用于水体修复提供理论支持，并试图解释底泥扰动在水体富营养化发展进程中的作用这一科学问题。研究内容如下：①底泥扰动状态下，底泥的物化特性、组成成分、结构特性以及絮凝性能和沉降性能的改变对磷的吸附容量的影响，研究底泥吸收磷机制；②底泥中不同形态磷的数量分布规律以及其对磷的生物可利用性的影响，分析不同形态磷间转化机理；③根据悬浮物的沉降速率，基于磷衰减试验结果，确定颗粒态磷向溶解性磷酸盐转化的速率，进而了解底泥扰动对水体富营养化的贡献。

在实际中实现底泥资源化用于城市水体修复，本质在于如何提高底泥对磷的吸收容量和强化内源磷的固定。底泥扰动是实现这一目的的关键技术。但目前人们对底泥扰动对水体富营养化的贡献存在争议，并认为底泥资源化用于水体修复是不可行的。本项目通过改进研究方法，以扰动状态下底泥对磷的吸收机制、底泥对内源磷的固定机制、颗粒态磷的生物有效性为主要研究内容，研究磷在底泥/水系统间的迁移转化效应。目的是为底泥资源化用于水体修复提供理论支持。.结果表明：在连续投加外源磷条件下，扰动强化了底泥对外源磷的吸收，吸收量是无扰动的1.7倍，并且，扰动后底泥的磷平衡浓度、磷饱和度等均远低于无扰动；间歇扰动对上覆水中磷向底泥迁移产生了“累加效应”，并发现相邻扰动之间对磷迁移转化存在内在联系；扰动频率、强度、持续时间增加，不利于底泥对磷的吸附；底泥中加入铁盐(质量百分比占2%)对外源磷磷的吸收量为未加入铁盐的原底泥的210%，吸附最大值、磷平衡浓度、磷饱和度分别为未加入铁盐的原底泥的273%，85.7%，60.7%；对外源磷的吸附而言，与扰动相比，溶解氧含量并不起决定性作用；确定了底泥吸收磷的最佳扰动条件：扰动强度在80-140转/分范围内，扰动频率为每天1次，扰动后底泥悬浮高度距水面0.4-0.5m；底泥吸附磷时间为2-4h。.开展了扰动状态下外源磷在底泥不同形态磷间的流向研究，底泥扰动对磷从非闭蓄态铁铝结合态磷向闭蓄态铁铝结合态磷的转化有促进作用，从而降低了内源磷生物有效性，强化了内源磷在底泥中的固定。扰动次数的增加同样也可以促进非闭蓄态铁铝结合态磷向闭蓄态铁铝结合态磷转化，基于内源磷生物有效性的变化，提出了采用非闭蓄态铁铝结合态磷和弱吸附态磷含量来估算底泥中生物有效磷的新方法；底泥扰动频率、强度、持续时间增加，易释放态磷向难释放态磷转化趋势越明显，初步甄别出内源磷形态转化的水动力因子，并提出了扰动状态下以“水为媒介”的内源磷形态转化机制。扰动会抑制颗粒态磷向溶解性磷酸盐的转化。随着沉降时长的延长，颗粒态磷向溶解性总磷的转化趋势愈加明显，存在“滞后效应”，但增加扰动次数，这种转化趋势得到明显抑制。.研究表明，底泥扰动促进了上覆水磷向底泥迁移，并强化了对内源磷的固定，内源磷的固定主要源于形态磷间的转化以及颗粒态磷生物有效性的降低，这暗示，扰动有利于“延缓”水体富营养化发展进程。说明底泥资源化用于城市受