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STE:传统材料聚氯化铝与新兴材料碳酸镧覆盖对沉积物内部磷固定作用的对比研究

发表时间:2024-05-16 14:09

文章信息:

**作者:李琪

通讯作者:燕文明

通讯单位:河海大学

期刊:Science of The Total Environment

影响因子:9.8

DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.170538

摘要:

聚氯化铝(PAC)是一种用于固定沉积物内部磷(P)的传统材料,已在田间规模实验中使用。碳酸镧(LC)是一种新兴材料,已在实验室中用于固定沉积物内部磷。为了在实践中推广LC,前提是它在使用时必须比传统材料更有优势。因此,本研究进行了一项为期90天的孵化实验,比较了LC和PAC覆盖在控制沉积物内部磷方面的有效性和机制。等温实验和X射线光电子能谱(XPS)分析的结果表明,磷在LC和PAC上的吸附机制涉及配体交换和内层La/Al-O-P复合物的形成。孵化实验揭示了PAC覆盖在减少孔隙水可溶性反应性磷(SRP)方面更有效,表现出高达81.32%的减少,但呈下降趋势。然而,LC覆盖导致孔隙水SRP减少了52.84%并保持稳定。平均而言,LC和PAC覆盖相对于对照沉积物分别减少了0.27和0.32 μg⋅m−2d−1的SRP通量。此外,LC覆盖促进了铁(III)/锰(IV)氧化物水合物的形成,导致磷吸附增加,而PAC覆盖促进了含磷铁(III)/锰(IV)矿物的还原释放。此外,与对照相比,LC覆盖导致可移动磷/总磷(mobile P/TP)比率的更高比例转化为更稳定的磷形态,而PAC覆盖则将可移动磷转化为更稳定的NaOH-rP。LC和PAC覆盖都引起了沉积物细菌群落的变化。然而,与LC覆盖相比,PAC覆盖增加了沉积物中钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)和铅(Pb)的释放风险。总之,本研究表明LC覆盖在固定沉积物内部磷方面超过了PAC覆盖。

摘要图

a:沉积物剖面中可溶性铁(Fe)的分布和b:可溶性锰(Mn)的分布。

不同处理下沉积物的磷(P)分数

不同处理下沉积物中各磷(P)种类占总磷(TP)的百分比。

结论:

本研究进行了一项为期90天的孵化实验,以调查碳酸镧(LC)和聚氯化铝(PAC)覆盖对于控制沉积物内部磷的效果。等温实验和X射线光电子能谱(XPS)分析的结果表明,磷在LC和PAC上的吸附机制涉及配体交换,通过形成内层La/Al-O-P复合物。实验结果显示,与对照组相比,LC和PAC覆盖都能显著降低SRP浓度和磷通量。此外,PAC覆盖在固定SRP的效率上比LC覆盖高,但在减少磷通量方面两者没有显著差异。然而,LC覆盖在固定SRP的效率上保持稳定,而PAC覆盖则呈现出下降趋势。此外,LC覆盖影响下形成的铁(III)/锰(IV)氧化物水合物对于控制沉积物内部磷至关重要。相反,PAC覆盖触发的铁(III)/锰(IV)矿物的还原却导致了沉积物内部磷的释放。与对照组相比,LC覆盖将可移动磷转化为更稳定的HCl-P和Res-P,与PAC覆盖转化的NaOH-rP相比,这些形态更稳定。此外,LC覆盖在转化可移动磷的效率上高于PAC覆盖。LC和PAC覆盖均增强了沉积物中细菌群落的丰富度和多样性。与对照组相比,PAC覆盖增加了重金属的释放潜力,而LC覆盖则降低了这一风险。这些发现表明,LC覆盖可能比PAC覆盖更有效地控制沉积物内部磷。然而,需要进一步的研究来评估这两种材料对沉积物内部磷控制的长期效果。


引用:

Qi Li, Wenming Yan, Minjuan Li, Xiang Chen, Tingfeng Wu, Xiangyu He, Qi Yao, Yulin Yan, Gaoxiang Li, Contrasting effects of a traditional material of polyaluminum chloride and an emerging material of lanthanum carbonate capping on sediment internal phosphorus immobilization, Science of The Total Environment, Volume 917,2024, 170538, ISSN 0048-9697,https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170538.


文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969724006752?via%3Dihub=


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