磷是造成湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵限制性因子 外源磷進(jìn)入湖泊水體會(huì)通過(guò)各種作用沉積于底泥中, 外界環(huán)境條件的改變會(huì)使沉積于底泥中的磷釋放出來(lái), 成為湖泊水體中磷的內(nèi)源, 因此對(duì)于地表水體而言, 如何控制內(nèi)源釋放愈加引起關(guān)注.

　　覆蓋法作為受到國(guó)內(nèi)外重視的底泥內(nèi)源磷控制技術(shù), 是指將清潔物質(zhì)放置于污染的底泥上面以有效地控制底泥對(duì)上覆水體影響的技術(shù).其目的是: ① 物理性地分開(kāi)污染底泥和底棲環(huán)境; ② 使污染底泥固定, 阻止底泥的再懸浮和遷移; ③ 降低進(jìn)入上覆水體的溶解性底泥污染物的釋放通量, 進(jìn)而達(dá)到抑制內(nèi)源磷釋放的目的.覆蓋技術(shù)因其簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、起效快而得到廣泛應(yīng)用.但是覆蓋效果與覆蓋材料粒徑密切相關(guān), 而覆蓋材料粒徑越小, 則導(dǎo)致覆蓋層下厭氧愈加嚴(yán)重, 從而對(duì)底泥微環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響.如厭氧下釋放的磷被大量累積在間隙水中, 一旦覆蓋層因擾動(dòng)破壞, 將致使間隙水中的磷加快進(jìn)入上覆水.因此, 也有學(xué)者采用將覆蓋材料與表層底泥混勻的方式來(lái)控制內(nèi)源磷釋放.張亞雷等在研究CaO2混勻?qū)��?nèi)源磷釋放的影響中發(fā)現(xiàn), 實(shí)驗(yàn)初期, 混勻抑制了內(nèi)源磷釋放, 但后期則大量釋放.其認(rèn)為主要原因是CaO2混勻致使微生物大量生長(zhǎng)導(dǎo)致底泥重新厭氧所致.這種情況在其他覆蓋材料中是否出現(xiàn)尚無(wú)定論.此外, 在以往有關(guān)覆蓋效果研究中, 主要關(guān)注了覆蓋材料對(duì)磷的吸附能力, 而對(duì)被吸附磷的去向和再次釋放能力等方面的研究關(guān)注甚少.

　　凈水污泥是自來(lái)水廠凈化過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物, 主要成分為原水中的懸浮物、溶解狀膠體、淤泥、有機(jī)物和殘留的凈水藥劑等.由于給水廠中廣泛應(yīng)用硫酸鋁、聚合氯化鋁等作為水處理混凝劑, 因此污泥中鋁的含量較高, 污泥固體中含鋁率為15%~40%.凈水污泥在灼燒過(guò)程中所含有的鋁、鐵元素會(huì)生成相應(yīng)的金屬氧化物, 可進(jìn)一步提高污泥的吸附效果, 而且通過(guò)灼燒去除有機(jī)質(zhì), 避免有機(jī)質(zhì)對(duì)水體的影響.基于此, 本研究以?xún)羲�污泥為原材料�?duì)其進(jìn)行灼燒改性, 對(duì)比其采用覆蓋和混勻這兩種方式對(duì)外源磷的累積吸附能力, 并采用Langmuir方程評(píng)價(jià)了底泥對(duì)磷的持續(xù)吸附能力, 通過(guò)磷形態(tài)分析以及極端厭氧下磷釋放效果評(píng)價(jià)磷持留能力, 以期為凈水污泥資源化用于水體內(nèi)源磷控制提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支持.

　　1 材料與方法 1.1 實(shí)驗(yàn)材料

　　實(shí)驗(yàn)用底泥及上覆水于2016年7月采自于蘇州城區(qū)學(xué)士河(N31°18′26.96″, E120°36′27.10″).利用大口徑柱狀采樣器(Rigo Co.直徑110 mm高500 mm)采取無(wú)擾動(dòng)柱狀水樣和泥樣, 并現(xiàn)場(chǎng)切得表層5 cm的沉積物樣品, 立即用冰盒保存(4℃)送至實(shí)驗(yàn)室, 將采集的沉積物過(guò)60目篩, 對(duì)篩過(guò)的底泥進(jìn)行充分混勻, 同時(shí)取采樣點(diǎn)上覆水50 L備用.上覆水pH=6.98, 溶解氧質(zhì)量濃度為2.73 mg·L-1, 總磷(TP)質(zhì)量濃度為0.599 mg·L-1.底泥含水率為58.39%, 燒失率5.98%, SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51.34%, Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.45%, CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.58%, Fe3O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.34%.實(shí)驗(yàn)所用凈水污泥為蘇南某凈水廠壓濾后污泥, 含水率為62.56%, 燒失率6.31%, SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.60%, Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.87%, CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.83%, Fe3O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.13%.灼燒后凈水污泥SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.68%, Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.83%, CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11. 97%, Fe3O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.10%.

　　1.2 樣品制備

　　凈水污泥經(jīng)過(guò)干燥、磨碎、過(guò)100目篩網(wǎng)后備用.污泥灼燒在恒溫條件(550℃)下進(jìn)行, 首先放入盛裝一定量?jī)羲�污泥樣品的坩�? 然后將馬福爐設(shè)定在固定溫度550℃, 灼燒2.5 h后取出并冷卻, 放入干燥器中備用.

　　1.3 底泥磷吸附實(shí)驗(yàn)

　　3個(gè)自制圓形單元培養(yǎng)管作為實(shí)驗(yàn)反應(yīng)裝置(如圖 1), 培養(yǎng)管材料為有機(jī)玻璃(長(zhǎng)40 cm, 內(nèi)徑20 cm), 用對(duì)應(yīng)大小橡膠塞密封住底部; 管壁垂直方向上預(yù)制孔徑為2 mm的小孔, 用于安裝荷蘭Rhizon公司生產(chǎn)的間隙水采樣器(Rhizon core solution sampler), 安裝前先用軟膠封住小孔.同時(shí)將采集的河道沉積物通過(guò)60目金屬篩以除去其中的底棲生物和大顆粒物, 之后混勻裝入培養(yǎng)管中.在培養(yǎng)管中以不同方式加入灼燒后的凈水污泥, E1是350 g凈水污泥混勻于上層5 cm的沉積物中, 沉積物的高度是10 cm, E2是350 g凈水污泥覆蓋在10 cm的沉積物上, 約1 cm厚度, E3是空白樣.

圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置示意

　　用切片將3個(gè)有機(jī)玻璃容器中底泥-水界面切成完全平整, 將濾后的河道上覆水虹吸到底泥上, 盡量避免擾動(dòng)表層底泥.在底部增加橡膠塞用于調(diào)整泥樣柱的位置, 使兩個(gè)采樣孔分別處于泥-水界面以下1.5 cm和2.5 cm處采集底泥1~2 cm和2~3 cm段的間隙水, 將Rhizon間隙水采樣管水平插入培養(yǎng)管壁上選定的兩個(gè)小孔中, 同時(shí)注意保證密封, 在自然環(huán)境下放置.

　　實(shí)驗(yàn)從第0 d開(kāi)始, 每天同一時(shí)間采集水面以下5 cm處水樣40 mL.采集水樣后立即向容器中補(bǔ)充等量河水, 再用一級(jí)水對(duì)蒸發(fā)水量進(jìn)行補(bǔ)充.每次采集完水樣, 河水中均加入1 mL的1.25 mg·mL-1的KH2PO4溶液, 目的是模擬外源磷的加入.間隙水DIP(溶解性磷酸鹽)取樣時(shí), 用2 mL注射器抽取1 mL間隙水, 每隔3 d采集一次.該實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行30 d.

　　1.4 厭氧釋放實(shí)驗(yàn)

　　灼燒凈水污泥的磷吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)束后, 用虹吸法取出上覆水, 并小心抽出間隙水采樣器, 立即用軟膠帶封住管壁小孔保持密封.用2根直徑8.4 cm有機(jī)玻璃管垂直插入底泥中, 從下方頂出橡膠塞, 然后立即用橡膠塞將2根有機(jī)玻璃管密封.取出的2管底泥, 一個(gè)緩慢加入500 mL一級(jí)水, 用于厭氧釋放實(shí)驗(yàn); 另一個(gè)用特定器材將底部上頂, 切取上層5 cm底泥測(cè)定各指標(biāo)及進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn).

　　厭氧釋放實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)管上部用橡膠塞塞住, 橡膠塞上有3根管, 一根通向泥水界面, 用于取水和進(jìn)水, 一根沒(méi)入上覆水中, 用于進(jìn)氮?dú)? 另一根用于出氮?dú)?如圖 2).每天用虹吸的方式從進(jìn)水管中取出所有上覆水, 測(cè)其DIP, 算出1 d內(nèi)底泥的釋放量.然后緩慢地從進(jìn)水管中加入一級(jí)水500 mL, 從進(jìn)氣口通入足量氮?dú)夂? 堵住出氣口, 保證厭氧環(huán)境.每天重復(fù)上述操作, 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行20 d.

圖 2 厭氧釋放實(shí)驗(yàn)所用單元培養(yǎng)管構(gòu)造

　　1.5 等溫吸附實(shí)驗(yàn)

　　將磷吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取出的各上層底泥烘干后進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn).配置不同濃度的KH2PO4溶液(0、0.05、0.10、0.20、0.40、1.00、2.00、4.00、10.00、20.00、50.00、80.00 mg·L-1), 濃度以P計(jì).將0.5 g不同底泥和50 mL不同濃度KH2PO4溶液分別加入到100 mL錐形瓶中, 然后放入水浴恒溫振蕩器中, 在(25±1)℃條件下, 振蕩至吸附平衡狀態(tài)(24 h), 取上清液離心(3 500 r·min-1, 20 min), 經(jīng)0.45 μm的濾膜抽濾, 測(cè)定平衡時(shí)的溶解性磷酸鹽(DIP)濃度, 根據(jù)初始磷濃度和平衡時(shí)的磷濃度之差, 計(jì)算出底泥吸附的DIP量.

　　采用交叉型Langmuir模型對(duì)等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合.

　　底泥磷平衡濃度(EPC0)是指底泥表面對(duì)溶液中磷沒(méi)有吸附, 同時(shí)也沒(méi)有磷從底泥表面解吸下來(lái), 此時(shí)溶液中溶解性磷酸鹽的濃度, 計(jì)算公式如下:

　　磷飽和度DPS(%)可以通過(guò)Smax和S0計(jì)算, 公式如下:

　　式中, Smax:磷吸附最大值(mg·kg-1); K:鍵能常數(shù)(L·mg-1); EPC0:磷平衡濃度(mg·L-1); S0:初始狀態(tài)下吸附的磷量(mg·kg-1).

　　1.6 樣品分析方法

　　上覆水中溶解氧(DO)和pH值分別通過(guò)便攜式溶解氧測(cè)定儀(HQ30d)和數(shù)顯pH計(jì)(pHs-3TC)測(cè)定.

　　含水率為105℃烘干12 h的質(zhì)量損失, 燒失量(LOI)為105℃烘干底泥在550℃灼燒2.5 h的質(zhì)量損失.

　　TP:將水樣消解后, 采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定(美國(guó)HACH DR2800分光光度計(jì)); DIP:將水樣經(jīng)過(guò)0.45 μm濾膜過(guò)濾后用鉬銻抗分光光度法測(cè)定.

　　2 結(jié)果與討論 2.1 灼燒凈水污泥的加入方式對(duì)底泥吸附磷的影響

　　不同方式投加的凈水污泥對(duì)底泥中磷存在某些性質(zhì)的改變, 對(duì)外源磷的持續(xù)吸收能力有影響(如圖 3).

圖 3 灼燒凈水污泥的加入方式對(duì)底泥吸附磷的影響

　　從圖 3可以看出, 隨著時(shí)間的推移, 混勻和覆蓋條件下底泥對(duì)磷的累積吸附量一直增加, 且遠(yuǎn)高于空白實(shí)驗(yàn), 并且混勻條件下的累積吸附量一直處于高于覆蓋的水平.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí), 混勻的吸附量(11.496 mg)略多于覆蓋(11.042 mg), 但都明顯高于空白實(shí)驗(yàn)(7.219 mg).這是因?yàn)?凈水廠在工藝中使用了鋁系無(wú)機(jī)混凝劑, 故而污泥中含有較多的鋁、鐵成分.污泥所含有的鋁、鐵元素在灼燒過(guò)程中會(huì)生成相應(yīng)的金屬氧化物, 可進(jìn)一步提高對(duì)磷的吸附效果.

　　底泥在覆蓋和混勻灼燒凈水污泥后, 都能很好地增加底泥對(duì)外源磷的吸附能力.從總的吸附量來(lái)看, 混勻和覆蓋的吸附量相差不多, 并不能判斷究竟是混勻的效果好還是覆蓋的效果好.但是從吸附量的增加趨勢(shì)來(lái)看, 并不是這樣, 將3組數(shù)據(jù)分別用Liner模型(y=kx+b, k為斜率, b為截距)擬合, 得到的數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1.

　　　　3組數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)擬合, R2均高于0.98, 說(shuō)明用線性模型來(lái)描述底泥對(duì)磷的累積吸附量, 匹配度較高.從表 1可以看出, 混勻條件的k值是0.360, 高于覆蓋的0.348, 這說(shuō)明隨著時(shí)間的增加, 混勻的累積吸附量與覆蓋的差值將越來(lái)越大, 吸附效果將會(huì)越來(lái)越好.因此, 通過(guò)混勻的方式加入灼燒凈水污泥, 可以很大程度地提高底泥對(duì)磷的累積吸附能力.這主要是由于混勻和覆蓋條件下孔隙度不同, 導(dǎo)致溶解氧下滲能力不同.前者, 將350 g灼燒凈水污泥(過(guò)100目篩網(wǎng))均勻混入表層5 cm底泥(過(guò)60目篩網(wǎng)), 致使粒徑以60目的底泥為主; 而將同樣質(zhì)量的灼燒凈水污泥(過(guò)100目篩網(wǎng))覆蓋于底泥上(厚度為1 cm), 則粒徑以100目的灼燒凈水污泥為主, 隨著粒徑減小, 孔隙度急劇降低, 并大幅度削弱溶解氧下滲能力.因此, 在覆蓋層下更易形成厭氧環(huán)境.林建偉等的研究也發(fā)現(xiàn)對(duì)底泥修復(fù)材料而言, 粒徑大小影響鐵鋁化合物與磷通過(guò)表面吸附或形成不溶絡(luò)合物沉降的速率, 進(jìn)而影響磷的吸附能力.

　　2.2 吸附磷之后底泥的等溫吸附曲線

　　底泥以不同方式加入灼燒凈水污泥, 在經(jīng)過(guò)30 d的外源磷吸附實(shí)驗(yàn)后, 再次考察底泥對(duì)磷的等溫吸附效果, 發(fā)現(xiàn)其對(duì)磷的等溫吸附量有明顯差異(如圖 4)

圖 4 凈水污泥以不同方式吸附磷之后底泥的等溫吸附曲線

　　從圖 4中可以看出, 混勻條件下底泥對(duì)磷的吸附能力明顯高于覆蓋, 且都高于空白實(shí)驗(yàn).說(shuō)明灼燒凈水污泥與底泥混勻后, 因灼燒凈水污泥與底泥的接觸幾率增加, 明顯改變了原底泥的物理化學(xué)性質(zhì)以及部分結(jié)構(gòu)特性, 所以導(dǎo)致混勻條件下, 底泥仍保存了數(shù)量眾多的吸附點(diǎn).與混勻相比, 在覆蓋條件下, 灼燒凈水污泥僅覆蓋在表層, 所以灼燒凈水污泥與原底泥的接觸幾率偏小, 導(dǎo)致其對(duì)原底泥的改造效果較差, 致使吸附外源磷后的底泥對(duì)磷的等溫吸附效果變差.

　　采用交叉型Langmuir等溫吸附模型對(duì)圖 4數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合得到模型參數(shù)(表 2), 包括S0:初始狀態(tài)下吸附的磷量(mg·g-1); Smax:磷吸附最大值(mg·g-1); K:鍵能常數(shù)(L·mg-1); EPC0:底泥磷平衡濃度(mg·L-1); DPS:磷飽和濃度(%)參照Li等[24]的計(jì)算方法, 從表 2中可以看出, 回歸系數(shù)R2的值均高于0.95, 說(shuō)明Langmuir吸附曲線可以很好地?cái)M合磷吸附曲線, 因此用Langmuir吸附曲線擬合出的參數(shù)具有參考意義.

　　從表 2可以看出, 混勻條件下底泥的Smax值(7.795 mg·g-1)相比于覆蓋(6.807 mg·g-1)更大, 但兩者明顯大于空白樣的Smax值(3.070 mg·g-1).這說(shuō)明不管以何種方式在底泥中加入灼燒凈水污泥, 都會(huì)提高底泥對(duì)磷的吸附容量.其原因是凈水污泥含有豐富的鋁、鐵等化合物以及腐殖質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和硅酸鹽等物質(zhì), 而灼燒又能提高單位質(zhì)量污泥中金屬氧化物的含量, 去除有機(jī)質(zhì)后可以增加比表面積以及表面的活性吸附點(diǎn)位, 從而使投加凈水污泥后的底泥具有較高的K值, 而K值越高說(shuō)明底泥對(duì)磷的持留能力越高, 所以對(duì)磷的吸附效果較為顯著.

　　初始狀態(tài)下吸附的磷量(S0)可以表明外源磷在底泥中形成易交換態(tài)磷的程度, 其中易交換態(tài)磷(NAP)主要是指被沉積物中活性氧化物等顆粒表面吸附或共沉淀的磷.混勻條件下S0值(0.285 mg·g-1)是空白實(shí)驗(yàn)S0值(0.077 mg·g-1)的3.7倍, 而覆蓋條件下S0值(0.154 mg·g-1)是空白實(shí)驗(yàn)S0值的2.0倍.說(shuō)明通過(guò)投加相同質(zhì)量的凈水污泥, 混勻條件下大部分外源磷在底泥中形成了易交換態(tài)磷, 且效果優(yōu)于覆蓋.

　　底泥磷平衡濃度(EPC0)可以反映底泥/水系統(tǒng)中磷的遷移方向, 較低的EPC0可以體現(xiàn)出底泥對(duì)磷的持留能力.與空白樣相比, 覆蓋和混勻的EPC0均有降低.因?yàn)榛靹蚋�容易�?duì)原底泥的物理化學(xué)性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行改造, 導(dǎo)致原底泥對(duì)磷的吸附容量和持留能力增加, 因此, 預(yù)測(cè)EPC0會(huì)明顯低于覆蓋, 但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻恰恰相反.原因可能是:等溫吸附實(shí)驗(yàn)是將覆蓋層與下層底泥混合后進(jìn)行實(shí)驗(yàn), EPC0值反映的是覆蓋層與下層底泥都達(dá)到最大吸附量時(shí)的吸附平衡的理論值, 但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中, 下層底泥因?yàn)槿芙庋跛�平較低, 吸附情況是不可知的.從初始濃度值S0可以看出, 在同等泥量和吸收的外源磷也幾乎相等的情況下, 混勻方式的底泥S0值為0.285 mg·g-1, 而覆蓋方式的S0值為0.154 mg·g-1, 僅有混勻方式的54%, 由此說(shuō)明, 覆蓋方式中外源磷進(jìn)入到底泥中, 可能更多地存在于底泥的間隙水中, 而不是被底泥所吸附.而較大的S0值會(huì)使得EPC0值升高.因此, 在底泥微環(huán)境不同的情況下, 單純地用EPC0值來(lái)反映底泥對(duì)磷的固定和持留能力是不妥的.在后繼研究中, 可以分層對(duì)底泥進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn), 以研究覆蓋層和下層底泥對(duì)磷的不同吸附效果.

　　磷飽和度DPS(%)被定義為底泥吸附的磷占底泥磷最大吸附容量的百分比磷飽和度通常與水體外源磷負(fù)荷和底泥內(nèi)部Ox-Al、Ox-Fe含量有關(guān)混勻投加方式的磷飽和度(3.66%)相比于覆蓋方式的DPS值(2.26%)略高.這與這兩種投加方式有關(guān), 從而導(dǎo)致鐵鋁氧化物與底泥的單位接觸面積不同.

　　2.3 厭氧條件下不同底泥磷的釋放效果

　　經(jīng)過(guò)30 d底泥對(duì)磷的吸附后, 將底泥在厭氧環(huán)境下培養(yǎng), 磷的累積釋放量如圖 5所示.

圖 5 厭氧狀態(tài)下底泥磷的累積釋放量

　　由圖 5可以看出:空白樣對(duì)于磷的持留能力最弱, 在第20 d, 磷的釋放量達(dá)到了7.76 mg, 在前期的吸附實(shí)驗(yàn)中, 空白樣底泥吸收的外源磷總量是7.219 mg, 這說(shuō)明不僅吸收的外源磷沒(méi)有被持留, 原底泥中的磷也被釋放出來(lái).對(duì)于覆蓋和混勻?qū)嶒?yàn), 20 d的釋放量分別僅有1.49 mg和0.93 mg, 外源磷的吸附量分別為11.042 mg和11.496 mg, 外源磷的釋放率分別為13.5%和8.1%.原因有二: ① 覆蓋實(shí)驗(yàn)中與上覆水接觸的是350 g灼燒底泥(厚度1 cm), 都是經(jīng)過(guò)100目篩網(wǎng), 粒徑基本一致, 覆蓋層致密性好, 導(dǎo)致內(nèi)源磷進(jìn)入上覆水的渠道受阻, 相反, 將灼燒凈水污泥(過(guò)100目篩網(wǎng))均勻混入表層5 cm底泥(過(guò)60目篩網(wǎng)), 致使粒徑以60目的底泥為主, 導(dǎo)致顆粒間孔隙率較大, 釋放的內(nèi)源磷相比較更容易進(jìn)入水體. ② 灼燒凈水污泥中含有大量鐵鋁等金屬氧化物, 對(duì)吸附磷的固定能力要明顯強(qiáng)于空白實(shí)驗(yàn).

　　對(duì)比覆蓋和混勻發(fā)現(xiàn)其在20 d時(shí)內(nèi)源磷的釋放量分別為1.49 mg和0.93 mg, 兩者相差不多.但是, 如果考慮到實(shí)際的投加方式, 則會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)磷的持留能力明顯不同.混勻條件下有大量原底泥直接與上覆水接觸, 而覆蓋則無(wú)任何原底泥與上覆水接觸, 并且, 由于覆蓋條件下凈水污泥的致密性較好, 所以覆蓋層下的磷很難釋放至上覆水.因此, 如果參照空白實(shí)驗(yàn)的釋放量, 那么混勻條件下, 理論上的釋放量要遠(yuǎn)大于0.93 mg.但事實(shí)上沒(méi)有, 原因在于加入的灼燒凈水污泥對(duì)原底泥某些物理化學(xué)性質(zhì)有所改變, 如顆粒的比表面積.原底泥的晶體結(jié)構(gòu)表面光滑, 粗糙程度較低, 且絮狀程度不明顯 而灼燒后的凈水污泥晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞, 表面粗糙程度較高, 孔隙發(fā)達(dá)且孔徑分布廣泛, 絮狀程度高, 這使得灼燒后的凈水污泥具有比較大的比表面積.而且灼燒的凈水污泥具有氧化性, 里面的部分成分除了能通過(guò)范德華力和靜電力使磷被結(jié)合在顆粒物質(zhì)表面形成弱吸附態(tài)磷外, 也會(huì)通過(guò)化學(xué)鍵的結(jié)合而形成其它形態(tài)磷.這說(shuō)明加入灼燒凈水污泥不僅能提高底泥對(duì)磷的吸附容量, 且其對(duì)底泥的微環(huán)境進(jìn)行了改造, 從而提高了對(duì)磷的持留能力.

　　圖 6

圖 6 厭氧狀態(tài)下不同投加方式底泥磷的比釋放速率

　　從圖 6中可以看出空白組的比釋放速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于覆蓋和混勻?qū)嶒?yàn), 在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到第20 d時(shí)空白實(shí)驗(yàn)的比釋放速率(0.029 3) 遠(yuǎn)大于覆蓋(0.002 78) 和混勻(0.002 02).而且覆蓋條件下比釋放速率的平均值(0.006 14) 整體上大于混勻(0.003 96).從圖 6中也可以看出, 同樣是加入了灼燒的凈水污泥, 混勻方式的底泥對(duì)磷的持留能力要好于覆蓋方式, 其原因是:雖然灼燒后的凈水污泥對(duì)磷有很好的吸附作用, 但僅僅是表層的覆蓋, 并未對(duì)下層底泥起到改善作用, 并且覆蓋層阻止溶解氧進(jìn)入到下層底泥中, 造成下層底泥的厭氧狀態(tài), 厭氧狀態(tài)會(huì)促使底泥中的磷由難釋放態(tài)轉(zhuǎn)化為易釋放態(tài), 甚至可能從底泥中釋放到間隙水中.因此, 覆蓋實(shí)驗(yàn)吸附的外源磷可能更多的存在于間隙水中或者以易釋放態(tài)的不穩(wěn)定形式存在于下層底泥中, 當(dāng)外界環(huán)境處于厭氧狀態(tài)時(shí), 底泥中本身存在一些鈣磷在厭氧狀態(tài)下被活化, 從而加大內(nèi)源磷釋放量.而將灼燒凈水污泥混勻在底泥中, 使得表層底泥的粒徑并不一致, 從而不會(huì)對(duì)溶解氧滲透產(chǎn)生抑制作用.此外, 以混勻方式投加的凈水污泥由于含有較高含量的金屬氧化物, 會(huì)對(duì)原底泥微環(huán)境進(jìn)行改造, 如氧化還原電位等, 從而增加底泥中好氧體積的比例.這有利于對(duì)磷的吸附和固定, 并促進(jìn)磷由易釋放態(tài)轉(zhuǎn)化為難釋放態(tài).因而, 磷更多地被吸附、固定在底泥上, 而不是僅僅停留在間隙水中.因此, 在外環(huán)境處于厭氧狀態(tài)時(shí), 內(nèi)源磷釋放的速率明顯低于覆蓋實(shí)驗(yàn).具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1) 底泥分別以混勻和覆蓋的方式加入灼燒凈水污泥后, 對(duì)磷的累積吸附量分別增加至(11.496 mg和11.042 mg), 明顯高于原底泥(7.219 mg).

　　(2) 底泥吸附外源磷后, 混勻條件下等溫吸附效果仍?xún)?yōu)于覆蓋.混勻條件下Smax值最大, 為7.795 mg·g-1, 高于覆蓋和空白, 但不能單純用EPC0值來(lái)反映底泥對(duì)磷的固定能力.應(yīng)考慮K值以及S0來(lái)綜合評(píng)價(jià)覆蓋和混勻?qū)Φ啄辔�附磷的影�?

　　(3) 在厭氧環(huán)境下, 20d內(nèi)覆蓋和混勻條件下磷釋放量相比于空白(7.76 mg)分別僅有1.49 mg和0.93 mg, 吸收的外源磷釋放率為13.5%和8.1%.而考慮到比釋放速率以及灼燒凈水污泥的投加方式, 混勻?qū)��?nèi)源磷的持留能力還要更高.