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Journal of Environmental Chemical Engineering:La(OH)3纳米颗粒导入凹凸棒土控制沉积物内磷释放:效果、机制和微生物群落响应

发表时间:2023-12-02 14:14
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文章信息:

**作者:张扬忠

通讯作者:汪晓军

通讯单位:华南理工大学

期刊:Journal of Environmental Chemical Engineering

DOI:10.1016/j.jece.2023.110260


摘要:

工程材料原位钝化是控制水体系统内磷负荷的一种经济有效的方法。然而,很少有研究模拟好氧和厌氧环境比较钝化材料在泥沙再悬浮或不悬浮的情况下控制沉积物磷释放的性能。本研究制备并优化了镧改性热凹凸棒土(LMTA)固定沉积物中的磷,其**吸附量为97.99 mg/g。88 d沉积物柱样培养实验表明,无再悬浮时,LMTA使可溶性活性磷(SRP)和总磷(TP)浓度分别降低89.3%和79.4%,有再悬浮时,分别降低89.8%和78.3%。LMTA还将沉积物Mobile-P转化为惰性磷形态HCl-P和Res-P。高通量测序结果显示,LMTA显著提高了硝化螺旋菌的丰度,促进了水体氮循环。结果证实,即使在沉积物再悬浮条件下,LMTA也能有效控制内部磷的释放。


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沉积物柱样培养实验在不同处理下SRP浓度的变化(a),TP浓度的变化(b),pH的变化(c),上覆水中DO浓度的变化(d)。


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沉积物柱状培养实验在不同处理下孔隙水中SRP浓度的变化(a),沉积物-水界面的磷释放通量(b)。


结论:

本研究采用简单共沉淀法制备了LMTA磷钝化材料。批量试验表明,添加0.112 w/w%和0.224 w/w%的LMTA可将Mobile-P的百分占比数从29.6%降低到22.4%和18.4%,将HCl-P分占比数分别从58.3%提高到68.1%和73.6%。LMTA与磷的结合机制主要是通过球内络合和表面羟基氧与磷之间的配体交换。在长期沉积物柱样培育试验中,与对照沉积物相比,LMTA能显著降低沉积物中Mobile-P的百分比,提高沉积物中惰性磷的百分比。RDA证实了Mobile-P与Kiritimatiellaeota(硅菌)和Actinobacteria(放线菌)具有较高的相关性,而Nitrospirae(硝化螺旋菌)的增加有利于氮循环,净化水环境。本研究证明了LMTA在水体富营养化处理中的有效性,即使将顶部5厘米的沉积物重新悬浮,也不会影响LMTA的除磷效率。然而,还需要更多的长期和大规模的研究来验证LMTA在实际水体中的应用潜力,以及LMTA是否对水体和沉积物中的动植物有负面影响也值得进一步探索。


Yangzhong Zhang, Chuchu Zhang, Jiafu Qin, Zhenguo Chen, Yongxing Chen, Jiayi Li, Xiaojun Wang,Introducing La(OH)3 nanoparticles into attapulgite for the control of sediments internal phosphorus release: Effectiveness, mechanisms, and microbial community response, Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 11, Issue 3, 2023, 110260, ISSN 2213-3437, https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.110260.


文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213343723009995?via%3Dihub


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