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湖泊地质工程材料研发与应用取得阶段性进展
【发布时间:2017-08-17 】 【 】【打印】【关闭

  近年来,利用湖泊地质工程技术(lake geoengineering, Spears et al., EST, 2013, 3593-3594)对湖泊等污染水体进行修复已成为热点。而国际上对于湖泊地质工程的定义主要是利用钝化(吸附)材料对水体富营养化进行修复,针对的污染物质只要是磷。但是这种解释可能有失偏颇,我们认为广义的湖泊地质工程应该包含所有的湖泊污染治理技术与手段。如,底泥内源营养盐治理、痕量污染物(重金属与有机质等)治理、蓝藻絮凝沉降及其衍生物治理及湖泊外源等污染物的拦截等水体治理和修复手段。湖泊环境工程研究室尹洪斌副研究员主要围绕湖泊地质工程材料(lake geoengineering material)研发和使用上做了大量的研究,目前取得了一些阶段性成果,主要包括(1)活性湖泊湿地基质除磷性能研究人工湿地是拦截外源入湖磷的有效手段,植物生长和基质的拦截固定都起到重要的作用。然而,传统的人工湿地基质主要采用惰性的沙子、土壤等对氮磷吸附能力较弱的材料作为湿地的基质,这会导致对入湖氮磷拦截效率低、不彻底等问题。考虑到上述问题,我们研究了不同粒径的钙质凹土作为拦截入湖磷湿地基质的可行性。研究发现,热处理的颗粒态钙质凹土对磷理论最大吸附量在4-6mg P/g之间(随粒径变化),150天的模拟实验发现其对磷的去除效率可达90%以上(入湖磷设定在10mg/L左右)。但是入湖的有机质、竞争干扰离子会影响到系统对磷的拦截效率。吸附饱和基质主要以钙结合态磷的形式存在,且部分钙磷可能作为缓效肥料使用,从而实现充分循环利用饱和基质,为后续处理寻找出路。为进一步提高材料的固磷能力,我们对材料进行进一步改性,形成了复合基质材料,吸附量较原单纯钙质材料提高近一倍,相关实验正在开展。(2)砷净化材料制备。粘土由于其廉价以及优良的物化性质一直已来都被作为吸附材料制备的支撑体,但大部分的改性过程是基于粉末载体。虽然制备的材料具有较大的污染物吸附量,但基于粉末改性的材料在使用中存在与水较难分离、无法作为滤料使用等瓶颈问题。我们在实验中,摸索了粘土造粒-固化技术,在载体孔道扩增-材料固结-负载量方面找到平衡点,利用水和氧化铁负载制备了颗粒态水体砷净化材料。材料对低浓度砷(三价和五价)具有较好的去除效果,且制备工艺简单,可规模化生产。所制备的材料也可用于砷污染底泥的制备。(3)浅水湖泊底泥内源磷钝化效力瓶颈问题解析。底泥内源磷钝化被认为是湖泊富营养化修复的一项有效技术手段。然而,究竟如何用以及在大型浅水湖泊长久控磷效果的稳定性方面一直存在争议。大部分科研人员认为频繁的风浪扰动是这项技术在浅水湖泊中使用的技术。但是我们在研究中发现,风浪确实是可以削落底泥内源磷的钝化效果,但其并非主要限制因子。风浪的问题可以通过材料的大面积使用以及改变材料形貌等方式克服。通过长周期现场观测、原位和室内培养等手段,我们发现外源悬浮物的持续输入是影响底泥内源磷原位钝化效率的关键因子。悬浮物可携带大量的活性磷,直接覆盖于材料表面,通过溶解性有机质-金属竞争、与材料反应等方式大大降低钝化材料的使用效率,进而增加水土界面磷的通量。解决上述问题的办法是拦截外源悬浮物的输入或增加材料的使用频率。研究表明,在大型外源得不到有效控制的湖泊,选取合适的区域使用该技术致关重要。比较而言,小型、外源得到有效控制的湖泊更适宜于使用该技术。 

  以上研究成果得到了国家水体污染治理重大专项、国家科技支撑计划、国家自然科学基金以及江苏省社会发展项目的资助,成果发表于Water ResearchChemical Engineering JournalJournal of Cleaner ProductionScience of the total Environment环境领域主流刊物上。 

  论文链接: 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135417301811 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894717310513 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652617317419 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969717319605 

   砷吸附材料制备与应用 

 

  湖泊地质工程材料在浅水湖中应用的效应反馈 

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