改性粘土矿物与沉水植物协同的湖泊沉积物控磷机制研究

Endogenous sediment phosphorus pollution has become main obstacle of effective teatment of eutrophic lakes, which urgently need to be solved. Centering on the key scientific and technical problems of endogenous sediment phosphorus pollution, combining the morphological characteristics of sediment phosphorus, taking synergistic effect of physical and chemical adsorption and phytoremediation as key point, the project screens and develops environment friendly modified clay mineral, investigates the degradation rate, reaction mechanism and kinetic process of modified clay mineral treating sediment phosphorus in all fractions. The research combines the technologies of modified clay mineral adsorption and submerged macrophyte remediation, explores the kinds, dosage, proportion of modified clay mineral and other factors on enhancing effect of various physiological ecology indexes in submerged macrophyte growth process, and then develop in-situ synergistic technology of modified clay mineral and submerged macrophyte treating sediment phosphorus in eutrophic lakes, optimize the reaction process conditions of the synergistic technology, and reveal the mechanisms of the synergistic effect, in order to realize the efficient removal of phosphorus from sediment in eutrophic lakes. The research has great theoretical and practice significance in giving full play to the synergistic effect of modified clay mineral and submerged macrophyte, and effectively control endogenous phosphorus pollution in eutrophic lakes.

富营养化湖泊内源沉积物磷污染问题已成为制约有效治理富营养化湖泊的主要障碍之一，亟待解决。本项目围绕富营养化湖泊内源沉积物磷污染的关键性科学和技术问题，结合沉积物磷的形态特征，以物化吸附和植物修复协同作用控制沉积物磷为切入点，筛选研制环境友好型改性粘土矿物材料，探索基于改性粘土矿物物化吸附处理沉积物各形态磷的吸附率、反应机理和动力学过程，构建相应的动力学模型；将改性粘土矿物吸附和沉水植物修复沉积物磷相结合，研究改性粘土矿物种类、剂量、配比等因素对沉水植物生长过程中生理生态各项指标的促进效应，研发改性粘土矿物与沉水植物协同的富营养化湖泊沉积物磷原位控制技术，优化协同控制技术的工艺条件，揭示改性粘土矿物与沉水植物对沉积物各形态磷的协同去除机制，以期实现富营养化湖泊沉积物高效脱磷。该研究对充分发挥粘土矿物和沉水植物协同作用、有效控制富营养化湖泊内源磷污染问题有重要的理论和实际意义。

磷是水体富营养化过程的关键性影响因子之一。随着我国对污染排放控制及水体恢复管理力度的加大，外源磷的输入得到一定控制，内源磷释放所造成的二次污染将成为水体富营养化的重要来源。.本研究以浙江省杭州西湖沉积物磷为研究对象，选用赤泥基多孔陶瓷滤球(PCFM)和通过多种改性方法筛选制备出的新型改性膨润土颗粒作为环境友好型吸附材料，并将PCFM和改性膨润土两种材料吸附处理沉积物磷工艺与沉水植物修复沉积物技术相结合，研发出吸附-生物修复富营养化湖泊沉积物磷联合技术。讨论了影响沉积物磷释放的环境因子，研究了PCFM和改性膨润土在动态和静态条件下对沉积物各形态磷的吸附作用，最后将高效吸附材料和沉水植物处理沉积物磷技术相结合，研究了高效吸附剂吸附和沉水植物联合作用对沉积物各形态磷的处理效果。主要结论如下：.(1) 上覆水本底磷含量、溶解氧、光照、pH、温度和扰动都是影响沉积物磷向上覆水释放的重要因素。.(2) PCFM投加量，吸附时间，上层水pH值和环境温度是影响PCFM吸附沉积物磷的主要因素，吸附前和吸附后PCFM的矿物组成与化学组成都没有发生明显的变化，说明PCFM对沉积物磷主要发生物理吸附。.(3) 膨润土颗粒投加量，吸附时间，上层水pH值和环境温度是影响膨润土对沉积物磷吸附的主要因素。10% Na2CO3溶液和450℃高温焙烧复合改性为膨润土最佳改性方法。.(4) 苦草组对沉积物各形态磷去除量随时间的变化逐渐增大。苦草与陶瓷滤球在对沉积物磷的去除过程中，可能存在有益于去除沉积物磷的相互促进的作用。种植苦草组比仅有PCFM对各形态磷的去除量得到进一步增加；. 由不同改性膨润土厚度与沉水植物苦草联合对沉积物磷去除结果可见，厚度1cm 改性膨润土+苦草对对沉积物各形态磷的去除效果最好。其联合作用效果优于改性膨润土和苦草单独作用之和。苦草与膨润土在对沉积物磷的去除过程中，可能存在有益于去除沉积物磷的相互促进的作用。