底栖动物对固磷剂控制湖泊内源污染的影响特征与机制

As one of eutrophic water remediation methods, use of phosphorus inactivating agents to control lake internal pollution has been applied widely, and investigation of the control stability is essential to the effective application. In this project, the effect of lake organisms on the control stability of lanthanum modified clay and drinking water treatment residuals, which have attracted growing interests from scientists, are studied based on the commonly lake zoobenthos, Corbicula fluminea, Bellamya aeruginosa, Limnodrilus hoffmeisteri and Tanypus chinensis with various ingestion behaviors and bearing abilities in different functional groups. The project is carried out through investigating the agents’ dosages, physico-chemical properties of the amended environment and the varying of the controlled internal phosphorus loading interfered with zoobenthos by using microelectrode technique, fluorescent tracer technique, diffusive gradientsin thin films technique and nuclear magnetic resonance technique, as well as other physico-chemical and biochemical methods in both laboratory and in situ tests. The project intends to understand the optimal dosage ranges of the agents, elucidate the key factors that affect the internal pollution control derived from zoobenthos and finally provide theoretic supports for appropriated application of the phosphorus inactivating agents for eutrophication control.

利用固磷剂控制湖泊内源污染是目前国际上被广泛应用的富营养化治理方法之一，而针对固磷剂控污稳定性的研究是该方法有效应用的重要依据。本项目着眼于湖泊生物影响，选取摄食方式、耐污能力和扰动方式不同，且湖泊常见底栖动物—河蚬、铜锈环棱螺、霍甫水丝蚓和中国长足摇蚊，以当前国际上备受关注的镧改性膨润土和给水厂废弃泥为对象，通过室内模拟和室外原位实验，运用微电极技术、荧光示踪技术、薄膜扩散梯度技术和核磁共振技术，以及多种物理化学和生物化学方法，从基于底栖动物响应和影响的固磷剂应用剂量、底栖动物作用下固磷剂受纳环境的理化条件和底栖动物对内源磷释放控制的影响效应三个角度开展研究，明确固磷剂应用最适剂量范围，阐明底栖动物对湖泊内源磷污染控制影响的关键因子，以期为固磷剂规范化用于富营养化治理提供理论支撑。

本研究着眼于湖泊生物影响，立足于湖泊地球工程，选取城市典型废物-给水厂废弃泥（DWTRs）为钝化剂，重点研究了底栖动物对DWTRs的响应特征、以及对DWTR控制湖泊内源磷污染的影响特征。具体结论如下：通过摇蚊幼虫对DWTRs中金属的富集实验，结合DWTRs应用对沉积物和上覆水中金属稳定性影响以及黒藻对DWTRs中金属的富集研究，基于水质标准的比较可知DWTRs用于湖泊内源磷污染控制的金属污染风险低。基于铜锈环棱螺的生物培养试验，通过螺软组织金属富集特征和螺肝脏各种酶活性的变化等生理生化特征分析，结合水质数据，阐明了镧改性DWTRs对螺生存产生负面影响的机制，并以此为依据，获得了镧用于改性DWTRs的安全用量范围；且在该范围内改性DWTRs的初期快速吸附能力有明显提高。基于铜锈环棱螺的生物培养试验，结合磷吸附实验研究表明在DWTRs进行镧改性过程中，固液分离过程不是获得安全高效磷吸附剂的关键。为实现低成本改性，可通过采用高固液比的方法，消除改性过程中的固液分离步骤。基于1年的连续流动培养实验发现，铜锈环棱螺对DWTRs控制内源磷污染的影响主要包括两个方面：一方面会增加悬浮颗粒物的沉积，另一方面会增加扰动，促进DWTRs上下混合。然而，在本研究中，铜锈环棱螺对DWTRs控制沉积物磷释放作用影响不明显。本研究为钝化剂规范化用于富营养化治理提供理论与技术支撑，有助于实现“以废治废”。