摘要
沉积物内源磷原位固定技术是目前应用最为广泛的富营养化水体修复技术，其核心在于将沉积物中的潜在活性磷（PMP）固定，从而减少或抑制内源磷向上覆水体的迁移转化，覆盖材料则扮演了极为重要的角色。以往的研究关注于改善覆盖材料的吸附性能来提高该技术对内源磷释放的控制效果。然而，该技术始终没有摆脱“被动修复”的局限性，即只有当磷从底泥中释放出来后，才能被覆盖材料吸附，否则其就永远保存在底泥中，一旦环境条件恶化，如极度厌氧、底泥扰动破坏覆盖层、覆盖层吸附饱和等，则会导致内源磷大量释放进入水体。基于此，本文提出设想，如果能通过一种材料促进内源磷释放，再利用另一种材料对释放的磷进行捕捉固定，则可以“主动地”对底泥进行修复，实现降低沉积物潜在活性磷数量的目的。因此，本文拟采用氧化材料和吸附材料联用，探讨主动修复技术对底泥内源磷的控制效果，并阐明相关机理。 本文通过原位模拟实验，以氢氧化钙[Ca(OH)2]为磷固定剂，过氧化氢(H2O2)为氧化剂，以梅花散点注射的方式，考察氧化剂对磷固定剂原位固磷效果的影响。结果表明：在沉积物内源磷控制中，氧化剂与磷固定剂联合作用显著优于单一投加磷固定剂的控制效果。单一投加磷固定剂促进了沉积物间隙水中的磷累积，提高了深层内源磷释放风险；氧化剂明显提高了磷固定剂在沉积物中的纵向扩散深度，有效控制深层内源磷负荷。 在氧化剂和吸附剂联合覆盖原位固磷模拟实验中选择过碳酸钠(SPC)作为氧化剂对沉积物内源磷进行氧化释放，选择氢氧化钙作为覆盖层对氧化而释放的磷进行吸附固定。结果表明：在相同Ca(OH)2用量下，氧化剂的加入可以显著提高材料对P的固定能力，其主要体现在以下几个方面：首先，氧化剂的加入促进沉积物内源磷的释放，从而有利于降低沉积物内源磷的释放风险；其次，氧化剂的加入使得沉积物由缺氧/厌氧状态向好氧状态转化，这促进了铁氧化物/氢氧化物(FeOOH)的形成，有助于沉积物磷的固定，降低内源磷的释放风险；另外，在相同Ca(OH)2用量下，氧化剂的加入可以显著提高材料对P的固定效果，尤其是显著提高了覆盖层所截留磷含量，以及减少了覆盖层所吸附磷形态的复杂性。 在氧化剂注射和吸附剂覆盖联合原位固磷模拟实验中，针对深层沉积物内源磷控制，采用覆盖固体吸附剂的同时注射液体氧化剂和液体吸附剂的方式，考察单一或组合投加固态和液态吸附剂对沉积物内源磷控制效果。结果表明：单一原位覆盖的确可以对上覆水体及表层沉积物中的磷酸盐达到有效的控制效果，但其对深层沉积物中内源磷固定效果明显不足，甚至导致厌氧环境加剧；而向沉积物中注射氧化剂（H2O2）可以明显加速沉积物中以Org-P为主的潜在活性磷的释放，尽管氧化可以加速表层沉积物中大量内源磷释放，但因缺乏有效的吸附介质，因而造成上覆水体中摄入大量磷酸盐并最终沉降于沉积物表层；氧化剂注射联合吸附剂覆盖的方式可以极大提高材料向深层沉积物中的影响力，使得更多的潜在活性磷能被表层覆盖材料吸附固定，但氧化与吸附向深层沉积物方向的纵向作用深度不一致，从而导致实验初期深层沉积物间隙水中磷浓度难以控制。为强化氧化后沉积物中释放磷的固定，本研究在氧化剂注射联合吸附剂覆盖的基础上向沉积物中注入液态的磷固定剂，结果表明液态磷固定剂的加入极大的削弱了氧化剂注射联合吸附剂覆盖在纵向作用速度上不一致所导致的深层沉积物间隙水中磷酸盐的陡增现象，从而使得大部分潜在活性磷在被释放的同时便被以Ca-P等稳定态的形式固定于沉积物中，从而有效削减沉积物内源磷释放负荷。 综上所述，氧化-吸附联合作用是在传统的沉积磷修复理念的基础上，通过“诱导释放”的方式对沉积物内源磷进行主动固定的一种新型原位固定技术。它强化了固磷材料在沉积物中对磷酸盐的固定效果，促进底泥中活性磷向难释放态磷转化。在实际应用中，氧化的同时配合原位覆盖和原位固定可能是该方法使用的最佳建议。
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