氨氮在土壤中的吸附/解吸动力学行为的研究

文章主要研究氨氮在土壤中吸附/解吸动力学和热力学行为及其影响因素。通过对氨氮吸附/解吸动力学的研究发现,氨氮的吸附和解吸基本都符合一级反应动力学方程。通过对氨氮热力学的研究发现,氨氮的吸附等温式既不符合Langmuir,也不符合Freundlich。我们考察吸附剂大小、吸附剂含量、pH值、温度的因素对氨氮吸附等温线的影响,研究发现,粒度越小,pH值越大、温度越低,土壤对氨氮的吸附能力越强,而土壤和溶液的最佳配比还有待于进一步考察。此外,通过对温度的考察发现,土壤对氨氮的吸附属于物理吸附。     

负载硝酸盐有机改性沸石抑制底泥氮磷释放的效果及机制研究

通过摇床振荡试验研究,考察HDTMA有机改性沸石对硝态氮的吸附-解吸特性及对磷酸盐和氨氮的吸附特性,再通过模拟释放试验考察负载硝酸盐HDTMA有机改性沸石对底泥氮磷释放的影响.结果表明:①有机改性沸石吸附硝态氮的最佳HDTMA负载量为276?EC.Langmuir公式能较好地描述有机改性沸石对硝态氮的吸附行为,饱和单位吸附量达到1 724mg/kg,并且有机改性沸石对硝态氮的吸附速率较快.有机改性沸石吸附硝态氮之后一定条件下又会逐渐释放出来,并且吸附的硝态氮越多,硝态氮的解吸量越大.Langmuir公式能较好地描述负载硝态氮之后有机改性沸石对磷和氨氮的吸附行为,且对氨氮的理论吸附量为12.0 mg/g以及对磷的理论吸附量为O.597 mg/g.②采用有机改性沸石负载硝酸盐可以较长时间地向表层底泥提供硝态氮,并且大大减低了进入上覆水的硝态氮比例.硝酸盐负载型有机改性沸石不仅可以有效控制底泥磷的释放,而且可以控制底泥氨氮的释放.     

高州水库底泥磷吸附与解吸模拟研究

通过室内实验模拟高州水库底泥中磷的吸附与解吸过程,分别对比不同样点底泥和不同磷浓度上覆水对底泥磷释放和吸附的影响,研究了水库底泥中磷的吸附与解吸动态变化规律.结果表明:高州水库不同样点底泥对磷的吸附和解吸的动态平衡浓度为0.03 mg/L~0.05 mg/L,不同磷浓度上覆水底泥对磷的吸附和解析动态平衡浓度为0.05 mg/L.上覆水和底泥中磷含量的高低均会影响磷的吸附和解吸动态变化.底泥中磷含量与磷吸附速率成反比;上覆水中磷含量与磷吸附速率成正比关系.     

太湖竺山湾污染底泥环保疏浚深度的推算

根据颜色、气味、粒径、黏稠度等理化指标,将太湖竺山湾柱状底泥样品由上至下依次分为氧化层(A)、污染层(B)、污染过渡上层(C1)、污染过渡下层(C2)和健康层(D).通过对底泥中氨氮、总磷、总氮和烧失量垂直分布规律的分析,结合柱状底泥各分层氮、磷吸附/解吸实验,推算出竺山湾污染底泥环保疏浚层及其深度.结果表明,底泥中氨氮、总磷、总氮和烧失量含量随深度的增加呈下降趋势.A层和B层中污染物含量明显高于其他层;无机磷吸附/解吸平衡浓度随深度的增加而下降,在C1层与C2层间出现拐点;而氨氮的吸附/解吸平衡浓度变化趋势较复杂.结合上覆水中无机磷与氨氮浓度,推算出竺山湾底泥环保疏浚层次为C1层,疏浚平均深度为0.40~0.70m.     

湘江底泥对氨氮的解吸动力学研究

以湘江底泥为研究对象,探讨了湘江底泥解吸氨氮的影响因素和动力学规律。实验结果表明,当水溶液pH处于中性时氨氮的解析量最小,酸性或者碱性条件都能够使氨氮解析量增加;温度越高,氨氮的解吸量越大且解吸初期的速度越快,能够更快的达到解吸平衡状态;泥水比的增大虽会使上覆水的氨氮浓度升高,但单位底泥的氨氮的解析量会减小;粒径对解吸的影响是2个方面共同作用的结果。湘江底泥解吸氨氮的动力学实验结果表明,一级动力学模型和扩散方程不能很好的描述底泥对氨氮的解吸过程,Elovich方程能够较好的描述解吸过程。     

西辽河流域沙土对氨氮的吸附行为研究

采用小型回填式土柱动态吸附实验方法研究了西辽河流域沙土对氨氮的吸附行为。结果表明,西辽河流域沙土对氨氮的吸附行为符合Freundlich吸附等温式和Langmuir吸附等温式,最优模型为Langmuir吸附方程;西辽河流域沙土对氨氮的饱和吸附量在573.81～3 666.16 mg/kg之间,平均为1 733.83 mg/kg。吸附分配系数k在3.13～524.55之间,平均为93.47;沙土对氨氮的吸附方式以化学吸附为主,解吸可逆性较弱。被吸附的氨氮解吸淋失的环境风险较小;沙土氨氮饱和吸附量与土壤有机质含量、粘粒含量和粗粘粒含量呈极显著正相关,影响程度顺序为:有机质含量>粘粒含量>粗粘粒含量;不同利用结构沙土的氨氮饱和吸附量:林地(2 053.87 mg/kg)>农田(1 990.40 mg/kg)>草地(1 356.37 mg/kg)>沙荒地(813.30 mg/kg);农田、林地和草地结构由于土壤有机质和团聚体含量较高,对氨氮的固持能力较强,氨氮流失的环境风险较小,沙荒地结构对氨氮的固持能力最弱。氨氮流失的环境风险最大。     

生态沟渠底泥属性与磷吸附特性研究

对种植水生植物铜钱草、黑三棱的生态沟渠和有杂草生长的自然沟渠中0～5 cm和5～15 cm底泥属性及磷吸附特性进行比较研究.结果表明,铜钱草0～5 cm底泥中草酸提取态铁、铝和磷含量均高于自然杂草和黑三棱段底泥.Freudlich和Langmiur方程拟合吸附数据得出:试验底泥的吸附、解吸平衡时磷浓度(EPC0)在0.009～0.031 mg·L-1范围;铜钱草0～5 cm底泥的Kf和Smax值最大,分别为352.2 L.kg-1、562.7 mg·kg-1,表明该底泥样对磷的吸附能力最强.回归分析得出磷吸附参数与底泥属性有显著的相关性(P<0.05),主要受草酸提取态铁、黏粒含量、磷饱和度的影响.可见,水生植物对底泥属性及磷吸附能力都有影响,在生态沟渠中优选植物种植能降低面源污染中磷流失风险.     

西辽河不同粒级沉积物的氨氮吸附-解吸特征

为估算辽河吸附态氨氮入海通量,采用平衡吸附-解吸法研究了西辽河不同粒级沉积物对氨氮的吸附-解吸特征. 结果表明:不同粒级沉积物对氨氮的吸附-解吸特征均符合Langmuir和Freundlich吸附-解吸等温式;黏粒级和粉粒级沉积物的氨氮饱和吸附量较大,分别为3 643.82和2 693.71 mg/kg,相当于粗砂的8.04和5.94倍;西辽河冲泻质泥沙黏粒和粉粒所携载的吸附态氨氮的入海通量分别为170.10和164.52 mg/kg. 占沉积物氨氮吸附总量的14.99%;黏粒级和粉粒级沉积物的氨氮解吸比例较小,分别为30.66%和42.04%,入海后可分别为上覆水提供氨氮52.15和69.16 mg/kg;黏粒级和粉粒级沉积物所吸附的氨氮是氮素循环的重要组成部分;黏粒和粉粒级沉积物的腐殖质含量远远高于粗沙,在其所形成的团聚体结构中存在的孔隙填充方式——氨氮吸附是导致黏粒和粉粒级沉积物饱和吸附量较大、解吸比例较低的根本原因.      

西辽河流域沙土的氨氮解吸行为研究

采用小型回填式土柱淋溶实验方法研究了西辽河流域沙土的氨氮解吸行为。结果表明,西辽河流域沙土的氨氮解吸行为符合Langmuir和Freundlich解吸等温式;沙土氨氮解吸比率Dr在0.44～0.99之间,平均为0.75,解吸迟滞性指数TⅡ在0.05～0.65之间,平均为0.29,沙土对氨氮的解吸迟滞性较强,解吸可逆性较弱。被吸附的氨氮解吸淋失的环境风险较小;沙土氨氮解吸比率Dr与土壤有机质含量、粘粒含量和粗粘粒含量呈极显著负相关,影响程度顺序为:有机质含量>粗粘粒含量>粘粒含量;解吸分配系数k和解吸迟滞性指数与土壤有机质含量分别呈极显著和显著正相关,与粘粒含量和粗粘粒含量没有相关性;草地、农田和林地结构由于土壤有机质和团聚体含量较高,氨氮解吸迟滞性较强,氨氮流失的环境风险较小,沙荒地结构氨氮流失的环境风险较大。     

雅鲁藏布江沉积物对氨氮的输移行为研究

选取雅鲁藏布江中下游5个典型断面,进行表层沉积物对氨氮的吸附动力学和吸附-解吸热力学研究。氨氮的吸附过程可分为快速吸附、缓慢吸附和平衡阶段,准二级动力学模型或颗粒内部扩散模型可描述其吸附动力学过程。沉积物对氨氮的解吸过程存在迟滞现象。氨氮的吸附热力学过程受初始浓度影响,较高氨氮浓度下(>5 mg/L)吸附等温线符合Langmuir(R~2≥0.97)和Freundlich模型(R~2≥0.91),解吸等温线符合Freundlich模型(R~2>0.93);较低浓度下(≤5 mg/L)吸附等温线符合Henry模型(R~2≥0.90)。得到的吸附-解吸临界质量浓度远大于上覆水中的氨氮质量浓度,表明雅鲁藏布江沉积物可能在今后一段时间内起到"源"的作用。     

pH和沸石处理池塘底泥磷吸附与解吸行为的研究

取天津西青区小南河村和东丽区永和村池塘底泥于室内,采用调pH值、加沸石的处理,培养1个月后,进行了底泥中磷的吸附与解吸分析。结果表明,供试底泥磷的吸附过程符合Langmuir方程,在低磷浓度下3个池塘底泥吸磷能力较强,随着磷浓度的增大吸磷能力减弱。不同处理底泥对磷的吸附能力不同,其中沸石处理对磷的吸附量最大,吸附平衡常数也最高。3个池塘底泥对磷的解吸趋势也是一致的,即解吸量随着浓度的增加而增加,而后逐步趋于平稳。其中沸石处理磷的解吸量明显低于pH和CK处理。     

滨湖底泥对2种喹诺酮类抗生素的吸附作用研究

吸附-解吸是环境中抗生素发生迁移转化的重要过程。文章研究选择鄱阳湖滨湖底泥,采用批平衡实验法进行2种喹诺酮类抗生素的底泥吸附-解吸实验,并考察了pH、阳离子种类及阳离子浓度等因素对吸附的影响。结果表明,底泥对2种喹诺酮类抗生素的吸附过程符合拟二级动力学方程(R~20.99)。在298 K下,Langmuir模型能够更好地描述底泥对2种抗生素的等温吸附行为,底泥对CIP和ENR的最大吸附容量Q_m分别为15.289 0 mg/g和8.649 6 mg/g。底泥对2种抗生素在pH 3～9时均具有较好的吸附率,其中pH=5时其吸附率均达90%以上。底泥对2种抗生素的吸附-解吸行为受到水环境中Ca~(2+)的明显影响。研究表明,2种喹诺酮类抗生素在鄱阳湖滨湖底泥中具有较好的吸附作用,但考虑鄱阳湖流域水环境中以Ca~(2+)为主的常量阳离子的存在,则底泥对2种抗生素的平衡吸附率为40%～50%。研究可为喹诺酮类抗生素在鄱阳湖水环境中的环境行为及归趋研究提供科学依据。     

排水沟渠炉渣与底泥对水中氮、磷截留效应

通过等温热力学吸附实验,将炉渣、炉渣+30%底泥、排水沟渠底泥对水中氨氮的去除效果进行比较,并采用Langmuir等温吸附方程对3种基质吸附氨氮、磷酸盐的量进行拟合;通过动力学实验,比较3种基质吸附速率.结果表明,炉渣、炉渣+30%底泥、排水沟渠底泥对氨氮的最大吸附量分别为0.49,1.03,1.75mg/g,对磷酸盐的最大吸附量分别为0.99,2.33,1.88mg/g;4h内基质吸附氨氮速率分别为:0.10,0.11,0.54mg/(g·h),2h内基质吸附磷酸盐速率分别为:0.048,0.051,0.096mg/(g·h).由于沟渠底泥较为松散、遇水冲刷易流失,故选择炉渣作为沟渠基质坝的填充物.基质坝能够减缓渠水流速,延长渠水的水力停留时间(HRT).     

模拟排水沟渠非点源溶质氮迁移实验研究

农田排水沟渠是由水-底泥-植物组成的复合生态结构,其间非点源溶质的迁移转化对研究沟渠拦截、控制和管理农业非点源污染具有重要意义.本研究以模拟排水沟渠静态实验为基础,以典型非点源溶质氮素为例,分析了实验期内水体、底泥及芦苇不同介质内氮含量变化过程,分析了底泥吸附与解析、芦苇生长与衰败等年内不同时期对水体中氮素浓度的影响,探讨了水-底泥-芦苇复合生态体内氮迁移及对水体中氮浓度的影响机制.结果表明,底泥的吸附与解吸、芦苇生长的吸收和同化对水体中氮素浓度均有影响,10月之前这种影响表现为促使水体中氮素浓度降低,是水体的氮净化过程;10月之后这种净化作用开始降低,11月之后表现为促使水体中氮素浓度升高.同时,模拟沟渠水-底泥-芦苇生态体内氮迁移联系密切,任一介质内或介质间氮素迁移转化都会引起水体中氮素浓度相应调整.     

芘在土壤中的长期吸附和解吸行为

研究了芘在6种不同性质土壤中长期吸附解吸及不可逆吸附行为.实验结果表明:长期实验中芘在土壤中的吸附和解吸都存在快过程和慢过程2个阶段.不同吸附平衡时间下,有机质含量高于1%时,不同土壤的吸附平衡常数随有机质含量的增加而增加;有机质含量低于1%时,黏粒含量对土壤的吸附能力有着重要影响;平衡时间由2d增加到180d后,6种土壤的Kd值增加了35.1%～557.9%,其中土壤有机质对Kd值有不同程度的影响,而黏粒对Ka值影响最大,平衡时间对部分土壤Kd值影响不容忽视.长期解吸过程中,6种土壤慢解吸部分占总解吸量的12.05%～41.00%,有机质含量越高,慢解吸对解吸过程的贡献越大.不考虑老化的影响,有机质含量对不可逆吸附容量的贡献明显高于黏粒的贡献,与有机质对慢解吸过程的影响有一致性.     

沉积物不同天然有机组分对氨氮解吸特征的影响

采用平衡解吸法研究了西辽河沉积物不同天然有机组分对氨氮解吸特征的影响。结果表明,去除有机质后的沉积物氨氮解吸比例(D_r=0.70)大大增加,同时,解吸迟滞性指数显著降低(T_Ⅱ=0.016),有机质是影响沉积物氨氮解吸特征的重要因素;重组有机组分中的紧结态腐殖质(胡敏素)对抑制氨氮解吸起关键作用,它不但解吸比例较低,而且解吸迟滞性指数较大;氨氮在轻组有机组分上的表面分配作用吸附是导致解吸比例增大,解吸迟滞性指数减小的原因;考查沉积物吸附态氨氮的解吸特征不但要考虑有机质的含量,更要考虑有机质的存在形态,它也是影响沉积物吸附态氨氮解吸特征的重要因素,轻组有机组分、重组有机组分以及重组有机组分中的稳结态腐殖质和紧结态腐殖质所吸附的氨氮对上覆水体的扩散通量可分别按其饱和吸附量的0.97倍、0.41倍、0.25倍和0.17倍进行估算。     

锆改性高岭土原位改良技术控制重污染河道底泥磷释放效果

采用锆对高岭土进行改性,通过批量吸附实验考察了锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附性能,并通过底泥培养实验考察了锆改性高岭土原位改良技术对底泥磷释放的控制效果.结果表明,锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附能力随改性所用锆投加量的增加而增加.在制备锆改性高岭土过程中,溶液沉淀p H值由8增加到10时,锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附能力增加;沉淀p H值由10增加到11时,锆改性高岭土对磷的吸附能力基本不变;沉淀p H值由11增加到12时,锆改性高岭土的吸磷能力则下降.沉淀p H值为10时制备得到的锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir模型加以描述.大部分被锆改性高岭土中锆所吸附的磷酸盐(84%左右)主要以Na OH提取态磷(Na OH-P)和残渣态磷(Res-P)形态存在,低溶解氧情况下不容易被重新释放出来,同时重污染河道底泥会释放出大量的溶解性磷酸盐进入上覆水体;向重污染河道底泥中添加锆改性高岭土可以极大地削减底泥中磷向上覆水体迁移的通量.采用锆改性高岭土对底泥进行改良不仅增强了底泥对水中磷的吸附能力,而且降低了底泥的磷吸附-解吸平衡浓度(EPC0).因此,应用锆改性高岭土作为底泥改良剂可以有效控制重污染河道底泥磷释放.     

三峡库区大宁河沉积物营养盐时空分布及其与叶绿素的相关性分析

为研究大宁河底泥营养盐时空分布与藻细胞分布的关系,本研究在大宁河选择4个代表性的取样点:菜子坝、白水河、双龙和大昌,利用垂直重力采泥器,按照2 cm厚度分层选取底泥,检测底泥中总氮,氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、无机磷、有机磷和叶绿素的垂向分布,分析叶绿素与营养盐的相关性.结果表明,菜子坝底泥0.0~2.0 cm总氮浓度最高,白水河底泥2.0~4.0 cm的总氮浓度最高;菜子坝底泥2.0~4.0 cm氨氮浓度最高,1和2月白水河底泥4.0~6.0 cm浓度较高;硝酸氮和亚硝酸氮(除3月)在菜子坝底泥2.0~4.0 cm浓度最高;氨氮、硝酸氮和亚硝酸氮浓度在同一个采样点底泥4.0 cm以下分层差异不显著;白水河底泥总磷0.0~6.0 cm呈增加趋势,菜子坝底泥表层的总磷和无机磷的浓度显著高于其它分层,而且每一分层中总磷、无机磷浓度都高于其他3个取样点相应的分层;有机磷在菜子坝和大昌的浓度高于白水河和双龙的浓度,但是同一采样点底泥不同分层的有机磷浓度差异不显著;同一深层底泥中的叶绿素a浓度在大昌最高,其次是白水河,再次菜子坝,双龙处的叶绿素浓度最低;只有1月在大昌取样点处无机磷和叶绿素a的浓度显著正相关,相关系数为0.87,底泥中的营养盐不是影响底泥藻细胞分布的主要影响因素.     

表面活性剂和有机粘土矿物对底泥吸附菲的影响

根据底泥原地处理技术原理,基于有机粘土矿物的环保性能,以菲为目标污染物,开展向底泥中加入表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵,HDTMA-Br)和有机粘土矿物(十六烷基三甲基溴化铵改性膨润土,HDTMA改性土)后对其吸附菲的性能影响研究。结果表明,底泥对菲的吸附作用主要表现为表面物理吸附特征,吸附等温线符合Freundlich方程;底泥中加入HDTMA+或HDTMA改性粘土后菲在两相间的表观分配系数增大,吸附分别为表面作用和分配作用;菲在底泥上的解吸曲线呈较好线性,吸附不存在滞后效应,而在加入表面活性剂和有机粘土矿物的底泥上线性变差,对菲的吸附出现不可逆吸附现象,吸附变得稳定;在污染物浓度很低的情况下,pH、盐度和温度的改变对吸附量的影响不大。     

净水污泥柠檬酸钠改性焙烧制备陶粒吸附剂及其对废水中氨氮吸附性能的研究

以净水污泥为原料,选用盐酸、氢氧化钾、柠檬酸钠为改性剂,通过研磨-改性-造粒-焙烧等工艺制备改性净水污泥陶粒吸附剂(以下简称改性陶粒吸附剂),测定其对水中氨氮的吸附量,筛选出最佳改性陶粒吸附剂和最佳改性陶粒吸附剂浓度,并在相同条件下制备原净水污泥陶粒吸附剂(简称原泥陶粒吸附剂)作为对比;采用XRD、BET、FTIR、SEM/EDX分析手段对改性陶粒吸附剂和原泥陶粒吸附剂两种吸附剂进行了表征,并通过静态吸附对比实验,探讨了两种吸附剂对废水中氨氮吸附效果的影响因素;对试验数据进行了吸附等温线和吸附动力学模型拟合研究,并探讨了饱和改性陶粒吸附剂对氨氮的解吸和重复再生效果。结果表明:(1)净水污泥的最佳改性条件为采用0.5 mol/L的柠檬酸钠搅拌混合并在65℃水浴温度下浸泡5 h;(2)改性陶粒吸附剂对氨氮的去除效果与原泥陶粒吸附剂相比有显著提高,当溶液最佳pH为7、饱和吸附时间为6 h、吸附剂投加量为20 g/L、氨氮初始浓度为50 mg/L时,改性陶粒吸附剂的最大吸附量为1.938 mg/g,为原泥陶粒吸附剂的2.46倍;(3)吸附等温线和吸附动力学的拟合结果表明,改性陶粒吸附剂和原泥陶粒吸附剂对氨氮的吸附过程均符合Langmuir模型和准二级动力学模型;(4)饱和改性陶粒吸附剂的最佳再生液为0.1 mol/L的NaOH溶液,经过5次解吸再生后,对氨氮的解吸率仅下降6.53%。