大量含氮(N)、磷(P)等污染物废水未经处理直接排放是引起地表水体污染的主要原因,同时底泥中氮、磷等污染物向上覆水释放给水质带来的巨大影响亦不容忽视。控制底泥中氮磷等污染物向上覆水的释放对于地表水环境污染防治是非常必要的。底泥原位改良技术和活性覆盖技术是两种极具应用前景的底泥氮磷释放控制技术。成功应用这两种技术的一个关键问题是寻找合适的吸附剂材料。天然沸石成本低廉且容易获得,利用其较高的阳离子交换性能,可以有效吸附去除水中氨氮。但是天然沸石对水中磷酸盐的吸附能力却较差。将锆氧化物负载到天然沸石表面上,所制备得到的锆改性沸石预计可以有效吸附去除水中的氨氮和磷酸盐,将锆改性沸石作为底泥改良剂或底泥活性覆盖材料预计可以有效控制底泥氮磷的释放。本文首先制备了锆改性沸石,对锆改性沸石的结构进行了表征,考察了锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附作用,对比分析了锆改性沸石和铝改性沸石对太湖底泥-水系统中溶解性磷酸盐的固定作用,考察了不同条件下锆改性沸石改良太湖底泥对水中磷酸盐的吸附作用,考察了不同条件下锆改性沸石添加对太湖底泥磷释放的控制效果,考察了锆改性沸石活性覆盖控制重污染河道底泥氮磷释放的效果,并考察了螺蛳壳和鱼骨混合物对水中磷酸盐的吸附作用,以期为应用锆改性沸石作为底泥改良剂和活性覆盖材料控制底泥氮磷释放提供帮助。研究了锆改性沸石对水中磷酸盐的固定作用。结果表明,锆改性沸石对水中磷酸盐具备很好的吸附能力。锆改性沸石对水中磷酸盐的单位吸附量随吸附剂投加量的增加而降低,水中残留的磷酸盐浓度亦随着吸附剂投加量的增加而降低。锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力随着p H的逐渐增加而逐渐降低。锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附符合准二级动力学模型。Langmuir等温吸附模型可以很好地用于描述锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附平衡数据,锆改性沸石对磷酸盐的最大单位吸附量为10.2 mg P/g(p H 7和25oC)。锆改性沸石所吸附的磷主要以Na OH提取态磷(Na OH-r P)和残渣态(Res-P)形态存在,通常p H(5~9)和厌氧条件下不容易被重新释放出来。对比分析了铝改性沸石和锆改性沸石对太湖底泥-水系统中溶解性磷酸盐的固定作用。结果表明,太湖底泥和改性沸石改良太湖底泥对水中较高浓度磷的吸附平衡数据可以采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型加以描述,吸附动力学过程可以采用准二级动力学模型加以描述。太湖底泥、铝改性沸石改良及锆改性沸石改良太湖底泥的最大磷吸附量分别为395、613和1009 mg/kg.铝改性沸石改良太湖底泥所吸附的磷主要以Na OH-P形态存在,锆改性沸石改良太湖底泥所吸附的磷主要以Na OH-P和Res-P形态存在。当水中初始磷浓度很低时,太湖底泥和改性沸石改良太湖底泥均释放出磷,且后者的释磷量低于前者。改性沸石改良太湖底泥中生物有效磷(BAP)含量低于太湖底泥,前者的弱吸附态磷(NH4Cl-P)含量明显低于后者。铝改性沸石改良太湖底泥的氧化还原敏感态磷(BD-P)含量与太湖底泥相比差异不显著,而锆改性沸石改良太湖底泥的BD-P含量明显低于太湖底泥。可见,铝和锆改性沸石均可以用于控制太湖底泥磷的释放,锆改性沸石比铝改性沸石更适合用于控制太湖底泥磷的释放。研究了不同条件下锆改性沸石改良太湖底泥对水中磷的吸附作用。结果表明,当水中初始磷浓度为1~12 mg P/L时,未改良太湖底泥和锆改性沸石改良太湖底泥对磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir和Freundlich模型加以描述。未改良太湖底泥和锆改性沸石改良太湖底泥对磷酸盐的吸附动力学过程可以采用准二级动力学模型进行拟合,该吸附过程属于吸热反应,并且是自发进行的。当p H值由2逐渐增加到4时,未改良太湖底泥和锆改性沸石改良太湖底泥对磷酸盐的吸附能力逐渐下降;当p H值由5增加到8时,未改良太湖底泥和锆改性沸石改良太湖底泥对磷酸盐的吸附能力变化很小;当p H值由8增加到10时,未改良太湖底泥和锆改性沸石改良太湖底泥对磷酸盐的吸附能力急剧下降。溶液中共存的Cl-和SO42-对未改良太湖底泥和锆改性沸石改良太湖底泥吸附水中的磷酸盐无负面影响,而溶液中共存的HCO3-和Si O32-会抑制未改良太湖底泥和锆改性沸石改良太湖底泥对水中磷酸盐的吸附。锆改性沸石改良太湖底泥的磷吸附-解吸平衡浓度(EPC0)低于未改良太湖底泥。锆改性沸石改良太湖底泥对水中磷酸盐的吸附能力高于未改良太湖底泥。被改良底泥中锆改性沸石所吸附的磷酸盐中大部分(约76%)以较稳定形态磷存在,通常p H(5~9)和厌氧条件下它们不容易被重新释放出来。研究了不同条件下锆改性沸石添加对太湖底泥磷释放的控制效果。结果表明,向太湖底泥中添加锆改性沸石可以有效降低底泥中无机磷的活性,可以促进底泥中BD-P向Na OH-P和Res-P转化。向太湖底泥中添加锆改性沸石后,底泥中的水溶性磷(WSP)、Na HCO3可提取态磷(Olsen-P)和藻类可利用磷(AAP)等生物有效态磷的含量降低,从而增加了底泥中磷的稳定性。不同的p H值、离子强度、Si O32-浓度和底泥有机质(OM)含量等条件下,向底泥中添加锆改性沸石可以有效的降低底泥中磷向上覆水中磷的释放通量。厌氧条件下,向底泥中添加锆改性沸石亦可以有效降低底泥中磷向上覆水的释放通量。研究了锆改性沸石活性覆盖控制重污染河道底泥氮磷释放的效果。通过实验首先考察了锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附去除作用,再考察了锆改性沸石活性覆盖控制底泥溶解性磷酸盐和铵释放的效率。结果表明,锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力随p H的增加而降低。当p H由4增加到5时,锆改性沸石对水中铵的吸附能力增加;当p H 5~8时,对铵的吸附能力较高;当p H由8增加到10时,对铵的吸附能力下降。锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学满足准二级动力学模型,并且对磷酸盐和铵的吸附速率比较快。Langmuir和Freundlich等温吸附模型可以用于描述锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附平衡数据。根据Langmuir模型计算得到的锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的最大吸附量分别为7.75和9.59 mg/g(p H 7和25°C)。锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的去除率随锆改性沸石投加量的增加而增加。锆改性沸石吸附水中磷酸盐的主要机制是配位体交换,吸附水中铵的主要机制是阳离子交换。被锆改性沸石所吸附的磷酸盐大部分(82.5%)以较为稳定形态磷(Na OH-P)存在,低溶解氧条件下不容易重新被释放出来。吸附磷酸盐后锆改性沸石中水溶性磷(WSP)、易解吸磷(RDP)和Na HCO3可提取态磷(Olsen-P)含量非常低,藻类可利用磷(AAP)含量仅占总磷含量的29%左右。低溶解氧条件下,重污染河道底泥会释放出大量的溶解性磷酸盐和铵;锆改性沸石活性覆盖则不仅可以使上覆水中的溶解性磷酸盐浓度控制到很低的水平,而且可以明显降低铵由底泥向上覆水迁移的速率。上述实验结果表明,锆改性沸石适合作为一种活性覆盖材料用于控制底泥溶解性磷酸盐和铵的释放。研究了螺蛳壳和鱼骨混合物对水中磷的固定作用。结果表明,螺蛳壳和鱼骨混合物可以有效去除水中的磷酸盐,并且它的去除能力明显优于单独螺蛳壳和单独鱼骨。螺蛳壳和鱼骨混合物对水中磷酸盐的去除动力学过程可以较好地采用准二级动力学模型加以描述。螺蛳壳和鱼骨混合物对水中磷酸盐的单位去除量随初始磷酸盐浓度的增加而增加。p H对螺蛳壳和鱼骨混合物去除水中磷酸盐的影响较小。水中共存的Cl-和SO42-对螺蛳壳和鱼骨混合物去除水中磷酸盐的影响较小,而水中共存的HCO3-会抑制螺蛳壳和鱼骨混合物对水中磷酸盐的去除。水中共存的Na+、K+和Mg2+等阳离子对螺蛳壳和鱼骨混合物去除水中磷酸盐几乎没有影响,而水中共存的Ca2+会促进螺蛳壳和鱼骨混合物对水中磷酸盐的去除。螺蛳壳和鱼骨混合物对水中磷酸盐的主要去除机制包括螺蛳壳和鱼骨对磷酸盐的表面吸附作用,以及钙磷化合物沉淀作用。鱼骨可以为钙磷化合物沉淀的异质成核提供核心,促进钙磷化合物沉淀的生成。螺蛳壳和鱼骨所释放出来的钙离子可以为钙磷化合物沉淀的形成提供钙源。上述结果表明,利用锆改性沸石作为底泥改良剂可以有效控制底泥磷的释放;利用锆改性沸石作为底泥活性覆盖材料可以有效控制污染底泥氮磷的释放。