滇池沉积物磷负荷及沉积物-水界面控释材料研发

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1、分类号X524密级公开UDC502全日制工程硕士学位论文滇池沉积物磷负荷及沉积物-水界面控释材料研发学位申请人：黎睿专业领域：地质工程指导教师：肖尚斌教授王圣瑞研究员二○一五年五月ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheMaster'sDegreeofGeologicalEngineeringInternalPhosphorusLoadinginLakeDianchiandSyntheticMaterialforControllingitsSedi

2、ment-WaterInterfaceFluxGraduateStudent:LiRuiProfessionalfield:GeologicalEngineeringSupervisor:Prof.XiaoShangbinProf.WangShengruiChinaThreeGorgesUniversityYichang,443002,P.R.ChinaMay,2015三峡大学学位论文独立完成与诚信声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或

3、集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：日期：I内容摘要湖泊富营养化是当前面临的主要环境问题之一。当外源污染逐步得到治理后，内源负荷对湖泊水体的影响不容忽视。识别并量化湖泊内源磷负荷，是合理有效治理内源磷负荷的前提条件。本文以滇池沉积物为研究对象，通过磷形态、沉积物-水界面磷释放通量等指标定量估算了滇池内源磷负荷现状，并以滇池沉积物、滇池周边红土为原材料改性制备了一种新型沉积物-水界面磷负荷控释材料，并对改性材料的控释效果进

4、行了评价。本文主要工作内容及成果如下：1）利用标准化沉积物磷分析方法（SMT法）测定了滇池表层沉积物总磷含量，结果表明滇池表层沉积物总磷（TP）平均含量为2184.39±579.09mg/kg，远高于长江中下游湖泊，处于重污染状态。利用面积加权法，估算出滇池沉积物TP蓄积量约为45.2×10t，其单位面积负荷约为太湖的2倍。利用五步提取法分析了滇池沉积物磷形态，结果表明滇池表层沉积物中以钙结合态磷(HCl-P)为主，约占TP的40.63%。表层沉积物中移动磷含量约占TP的5.89~23.99%，其中可还原态磷（BD-P）、金属氧化态磷（

5、NaOH-rP）、有机磷(NaOH-nrP)对TP的平均贡献率分别为6.14%、20.45%及5.36%。不同形态的磷含量大小关系为HCl-P>NaOH-rP>NaOH-nrP>Res-P(残渣态磷)>BD-P>LooselyboundP（弱吸附态磷）。滇池表层沉积物及总磷的区域差异性显著，其中在污染较重的草海及外海北部区域总磷及可移动磷的含量较高。2）测定了滇池28个夏季柱状沉积物间隙水磷形态分布剖面，利用Fick定律计算了滇池沉积物-水界面磷释放通量，并估算了沉积物-水界面磷年释放量。结果表明，在垂向剖面上，柱状沉积物0~10cm段

6、间隙水中各形态磷含量波动较为剧烈，随着深度的增加，间隙水中磷形态的含量呈下降趋势且逐渐稳定。滇池沉积物-水界面溶解2性磷酸盐（SRP）释放通量为-0.296~0.489mg/(m·d)，溶解性有机磷（DOP）释放通2量为-1.605~3.644mg/(m·d)，全年滇池沉积物对上覆水磷的释放量为56.24t，其中97.07%来自于沉积物中DOP的释放，滇池沉积物内源磷负荷约为滇池全湖磷负荷的9.39%。滇池沉积物-水界面里释放区域主要分布在滨岸等污染较重区域，而在湖心区约有30~50%的区域表现为吸附-释放平衡状态。3）室内磷吸附实验表

7、明，滇池沉积物对磷酸的吸附动力学主要分为三个过程，即快速吸附，慢速吸附及吸附平衡阶段，其吸附平衡时间为24h，其吸附动力学过程符合准二级动力学模型。在不同吸附阶段，分子扩散及液膜扩散分别是控制反应速率的主要过程。利用元素分析、红外光谱等对不同温度焙烧后的滇池沉积物进行表征，结果表明，焙烧能够去除沉积物中有机质，并在一定程度上增强沉积物中磷的移动能力，当温度超过500℃后，焙烧能够有效增强红土及沉积物的磷吸附容量，其最佳焙II烧温度为600℃。4）改性实验结果表明，混合红土后能够降低材料的吸附解吸平衡浓度（EPC0），结合材料最大吸附量、

8、EPC0及滇池水质现状，确定沉积物与混合物的最佳质量配比范围为50%~90%。添加聚合氯化铝及与玉米芯改性后，材料空隙及对磷酸盐的结合能力增强，材料对磷酸盐的吸附容量增加，约为改性前的3倍。5）改性材料对磷