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DGT和高分辨孔隙水采樣裝置可以檢測哪些元素的有效態(tài)濃度?

更新時間:2024-10-23   點擊次數(shù):271次

本次分享一篇由上海海洋大學(xué)詹艷慧團(tuán)隊在《Journal of Environmental Chemical Engineering》上發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文“Control of phosphorus release from sediment by hydrous zirconium oxide/magnesium hydroxide composite: Effectiveness, mechanism and microbial response"

本研究探討了水合氧化鋯/氫氧化鎂復(fù)合材料(MZ)對沉積物磷(P)釋放的控制效果和機制,并檢驗了MZ對沉積物中微生物群落的影響。MZ顯示出良好的磷酸鹽吸附性能。在pH為7的條件下,MZ對磷酸鹽的最大單層吸附量為67.7mg/g,明顯大于水合氧化鋯(39.8 mg/g)。MZ的添加和覆蓋都能有效地減少沉積物向覆蓋水(OW)的內(nèi)部磷負(fù)荷,MZ比氫氧化鎂更適合作為改良劑用于控制沉積物向OW的內(nèi)部磷釋放。在我們的研究中,MZ改良劑和覆蓋劑分別使OW中的可溶性反應(yīng)性磷(SRP)減少了94.3%-97.8%和96.6%-99.2%。SRP的鈍化、薄膜擴(kuò)散梯度中的不穩(wěn)定磷和上覆沉積物中的移動磷在MZ攔截內(nèi)源磷釋放到OW中起到了關(guān)鍵作用。大多數(shù)被MZ鈍化的磷在常見的pH和還原環(huán)境下難以釋放。盡管MZ的添加和覆蓋可以重塑表層沉積物中微生物群落的結(jié)構(gòu),但通過FAPROTAX分析預(yù)測,MZ改良和覆蓋的沉積物中的微生物群落仍然可以發(fā)揮與碳、氮、硫和鐵循環(huán)相關(guān)的良好生態(tài)功能。我們的發(fā)現(xiàn)表明,MZ是一種有前景的改良劑和覆蓋材料,用于減輕淡水生態(tài)系統(tǒng)沉積物中磷的釋放。

研究結(jié)果表明:(1) MZ顯示出良好的HvPO4-(3-v)吸附性能。在pH為7的條件下,MZ對HvPO4-(3-v)的最大單層吸附量為67.7 mg/g。在常見離子的共同存在下,MZ消除HvPO4-(3-v)的機制包括無定形鈣磷酸鹽化合物的形成,以及包括內(nèi)層球狀鋯-磷酸鹽復(fù)合物、磷酸橋聯(lián)鋯-磷酸鈣復(fù)合物和磷酸橋聯(lián)鋯-鎂復(fù)合物在內(nèi)的鋯-磷酸鹽復(fù)合物的生成。(2) MZ的改良和覆蓋都能有效地減輕沉積物向覆蓋水(OW)的內(nèi)部磷負(fù)荷,而且MZ比氫氧化鎂更適合用作改良劑來控制沉積物內(nèi)部磷釋放到OW。MZ的改良和覆蓋可以誘導(dǎo)磷從PRS向PNaOH和PRes的轉(zhuǎn)化,使無機磷更穩(wěn)定。上層沉積物中SRP、PDGT和PM的鈍化在通過MZ的添加和覆蓋減少內(nèi)源磷釋放風(fēng)險到OW中起到了關(guān)鍵作用。大多數(shù)被MZ鈍化的磷在常見pH和還原環(huán)境下難以釋放。(3) 盡管MZ的添加和覆蓋都能重塑表層沉積物中微生物群落的結(jié)構(gòu),但通過FAPROTAX分析預(yù)測,MZ改良和覆蓋的沉積物中的微生物群落仍然可以發(fā)揮與碳、氮、硫和鐵循環(huán)相關(guān)的良好生態(tài)功能。(4) MZ可以作為改良劑和覆蓋材料,用于減輕淡水生態(tài)系統(tǒng)沉積物中磷的釋放。

在這篇文章中,高分辨孔隙水采樣裝置(HR Peeper)和薄膜擴(kuò)散梯度(DGT)采樣裝置被用于研究沉積物和水體中的磷(P)的釋放控制。以下是它們各自的作用:

1. 高分辨孔隙水采樣裝置(HR Peeper),溶解態(tài)重金屬檢測/營養(yǎng)鹽檢測:

HR Peeper用于測量沉積物孔隙水中的溶解態(tài)磷(SRP)和鐵(II)(Fe2+)的濃度。這些數(shù)據(jù)有助于了解沉積物中磷的釋放情況,以及沉積物中鐵的形態(tài)和遷移情況。

通過在不同時間點垂直放置HR Peeper于沉積物中,研究人員能夠收集不同深度的孔隙水樣本,并分析這些樣本中的SRP和Fe2+濃度,從而評估沉積物中磷的動態(tài)變化和遷移過程。

2. 薄膜擴(kuò)散梯度(DGT)采樣裝置,生物有效態(tài)重金屬檢測/生物有效態(tài)營養(yǎng)鹽檢測/不穩(wěn)定態(tài)重金屬檢測/不穩(wěn)定態(tài)營養(yǎng)鹽檢測:

DGT裝置用于測量沉積物-水界面(SWI)附近的不穩(wěn)定磷(PDGT)的濃度。PDGT代表了沉積物中可能釋放到水體中的磷,這對于理解沉積物中磷的潛在釋放風(fēng)險和磷的生物可利用性至關(guān)重要。

通過在培養(yǎng)期間的特定時間點放置DGT裝置于沉積物-水系統(tǒng)中,研究人員能夠測量上層水和沉積物中的不穩(wěn)定磷濃度,進(jìn)而評估不同處理措施(如MH、HZO和MZ的添加和覆蓋)對沉積物中磷釋放的影響。

這兩種技術(shù)的應(yīng)用使得研究人員能夠詳細(xì)地監(jiān)測和分析沉積物中磷的動態(tài)變化,以及它們與環(huán)境因素(如溶解氧DO、pH、有機物等)之間的關(guān)系,對于評估和優(yōu)化沉積物磷釋放控制策略具有重要意義。

高分辨孔隙水采樣裝置



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