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.      

西辽河不同粒级沉积物对重金属铅的富集特征

重金属铅等污染物以泥沙颗粒为载体迁移转化,颗粒态铅为河流输送铅的主要形态。为估算随泥沙颗粒迁移的重金属铅的质量分数,采用平衡吸附法研究了西辽河不同粒级沉积物对重金属铅的富集特征。结果表明,不同粒级沉积物对重金属铅的富集系数为:黏粒(2.03)>粉粒(1.85)>细砂(0.83)>粗砂(0.51)。细粒级沉积物对重金属铅的富集作用比较强,黏粒和粉粒的铅富集系数分别是粗砂的3.98和3.63倍,富集水平均为低度富集。其原因有二,细粒级沉积物中腐殖质含量明显高于粗粒级;细粒级沉积物中稳结态腐殖质所占比例较高,在稳结态腐殖质胶结形成的疏松多孔团聚体结构中存在的孔隙填充方式Pb吸附,在对Pb富集中发挥重要作用。不同粒级沉积物对铅的富集系数与腐殖质总量呈显著正相关(p<0.01),相关系数(r)为0.964;西辽河沉积物在汛期黏粒级和粉粒级冲泻质泥沙所携载的吸附态铅质量分数可分别按106.02 mg/kg和98.71mg/kg估算。黏粒和粉粒级沉积物所携载的吸附态铅是铅地球化学循环的重要组成部分。     

西辽河沉积物有机组分对磷的吸附影响

采用平衡吸附法研究了西辽河沉积物不同有机组分对磷的吸附影响.结果表明,西辽河沉积物对磷的饱和吸附量Гm值为953.64mg/kg.吸附分配系数K值为40.50;去除有机质后的沉积物对磷的吸附能力大大降低,碳标化饱和吸附量Гmoc值和吸附分配系数Koc值分别只能达到原样的12.07%和27.49%,说明有机质是影响磷在沉积物上吸附的主要因素;沉积物有机组分中的轻组有机质是一类橡胶态胶体,磷在橡胶态胶体上的吸附以分配作用为主,其碳标化吸附分配系数为77.13;沉积物有机组分中的重组有机质对磷的吸附起主导作用,其碳标化饱和吸附量为1225.63mg/kg;重组有机质是一类玻璃态胶体,磷在玻璃态胶体上的吸附除分配作用外,还存在孔隙填充方式的吸附;重组有机组分中的紧结态腐殖质(胡敏素)对磷的吸附起关键作用,其碳标化饱和吸附量为3546.69mg/kg.影响机制主要为稳、紧结态腐殖质是形成沉积物疏松多孔团聚体结构的重要胶结物质.     

西辽河沉积物中不同粒径微团聚体磷的解吸特征

采用平衡解吸法研究了西辽河沉积物不同粒径微团聚体磷的解吸特征.结果表明,不同粒径团聚体磷的解吸比例为黏粒(0.20)<粉粒(0.28)<细砂(0.45)<粗砂(0.93);其原因为:细粒级微团聚体中腐殖质含量远远高于粗粒级;细粒级微团聚体中有机质是通过可溶有机质与黏土矿物相互结合形成复合体而富集,在其所形成的复合体团聚结构中引起的团聚体结构不可逆形变是导致磷的解吸比例降低,解吸迟滞性指数增大的根本原因;西辽河冲泻质泥沙黏粒和粉粒级微团聚体所携载的可解吸态磷(NAP)入海后可分别为上覆水提供磷(212.93±38.60)mg/kg,(159.45±31.44)mg/kg.沉积物黏粒级和粉粒级微团聚体所携载的NAP是磷素循环的重要组成部分.     

沙土不同粒径微团聚体对磷的富集特征

流失的水土是污染物的重要载体,为估算沙土吸附态磷流失量,采用平衡吸附法研究了沙土不同粒径微团聚体对磷的富集特征.结果表明,不同粒径微团聚体对磷的富集系数为:黏粒(3.79)＞粉粒(2.98),沙土中微团聚体对磷的富集作用比较强,其原因有三:细粒级微团聚体中腐殖质含量显著高于粗粒级;细粒级微团聚体中有机质是通过可溶有机质与黏土矿物相互结合形成复合体而富集,在复合体结构中存在孔隙填充方式磷吸附;粘粒和粉粒中的铁铝键有机矿质复合体所占比例显著高于其它粒级,在对磷吸附中发挥重要作用,其吸附机制除孔隙填充方式外,还存在铁铝氧化物及水化氧化物对磷的配位吸附.不同粒径团聚体对磷的吸附分配系数和富集系数均与腐殖质总量呈显著正相关(p＜ 0.01,r分别为0.854和0.954);西辽河流域沙土在暴雨径流中黏粒级和粉粒级冲泻质泥沙所携载的吸附态磷质量分数可分别按1269.15 mg·kg-1和997.53 mg·kg-1估算,黏粒和粉粒级微团聚体对磷的富集系数(Er)可分别按3.79和2.98计算.     

沙土不同粒级微团聚体可解吸态磷释放通量

流失的水土是污染物的重要载体,为了估算随水土流失的沙土中可解吸态磷对上覆水体的影响,采用平衡解吸法研究了沙土不同粒级微团聚体可解吸态磷的释放通量.结果表明,不同粒级沙土微团体吸附态磷的解吸比例为黏粒(0.21)＜粉粒(0.29)＜细砂(0.60)＜粗砂(0.96).主要原因有二:细粒级中腐殖质含量显著高于粗粒级;细粒级中有机质是通过可溶有机质与黏土矿物相互结合形成复合体而富集(黏粒和粉粒级微团聚体的稳结态腐殖质所占比例显著高于其它粒级).磷在稳结态和紧结态腐殖质所形成的团聚体结构中引起的团聚体结构不可逆形变是导致黏粒级(解吸比例Dr =0.21,解吸迟滞性指数TⅡ=0.47)和粉粒级(Dr=0.29,TⅡ=0.45)微团聚体磷的解吸比例降低,解吸迟滞性指数增大的根本原因.沙土黏粒和粉粒级微团聚体携载的可解吸态磷对上覆水体的释放通量可分别按(99.52±3.54) mg·kg-和(72.48±2.62) mg·kg-1进行估算.     

沉积物不同有机矿质复合体对磷的吸附特征影响

采用平衡吸附法研究了西辽河沉积物不同有机矿质复合体对磷的吸附特征影响.结果表明,去除腐殖质后的沉积物对磷的吸附能力大大降低,其饱和吸附量(Гm)和吸附分配系数(k)分别只能达到原样的35.62%和9.93%,有机矿质复合体是影响磷在沉积物上吸附特征的主要因素;沉积物中的钙键有机矿质复合体对磷具有孔隙填充方式的吸附,其碳标化饱和吸附量为1157.05mg/kg,相当于原样的1.27倍;沉积物中的铁铝键有机矿质复合体在对磷吸附中发挥重要作用,其碳标化饱和吸附量可达1736.82mg/kg,相当于原样的1.88倍.其吸附机制除孔隙填充方式外,还存在配位吸附;考查沉积物对磷的吸附能力不但要考虑腐殖质的含量,更要考虑腐殖质的复合形态,它也是影响沉积物对磷吸附特征的重要因素.以原样为基准,钙键有机矿质复合体、铁铝键有机矿质复合体携载的吸附态磷可分别按1.27和1.88倍进行估算.     

五里湖和贡湖不同粒径沉积物吸附磷实验研究

通过研究五里湖和贡湖不同粒径沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温曲线,分析了不同粒径沉积物氮、磷和有机质含量以及化学组成等理化特征对其吸附磷的影响,初步得出如下结论五里湖和贡湖不同粒径沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温曲线具有相似的变化趋势;贡湖沉积物每一粒级的吸附量、吸附速率和吸附效率均高于五里湖沉积物;各粒级的变化趋势均为粘粒级＞细砂粒级＞粗砂粒级＞粉砂粒级;各粒级中粉砂粒级SiO2含量最高,可能是造成其对磷的吸附量、吸附速率和吸附效率在各粒级中最低的原因.     

长江中下游平原三个湖泊表层沉积物对磷的吸附特征

以长江中下游太湖、巢湖和龙感湖等3个湖泊表层沉积物(0～1cm)为对象,研究了不同沉积物对湖水中磷的吸附特性,并探讨了沉积物表面特性和化学组分等因素对磷的吸附行为的影响.结果表明:表层沉积物对磷的吸附作用主要发生在快吸附过程的前1～2h之内;湖泊表层沉积物对磷的吸附基本符合修正后的Langmuir型等温方程,不同采样点的表层沉积物中本底磷吸附量(QNAP)以及磷饱和吸附量(Qmax)差别显著,与采样点所处环境条件有很大关系.同时,沉积物的饱和吸附量与比表面积、活性铁、铝含量和有机质含量有较好的正相关性,相关系数分别为0 92,0 98,0 78和0 96;活性铁、铝含量与有机质含量之间也有较好的正相关性;颗粒物Zeta电位在一定程度上影响沉积物对磷的吸附能力.     

黑土不同粒径有机-矿质复合体对镉的吸附特性

采用振荡平衡法研究了黑土不同粒级有机-矿质复合体对Cd2+的吸附等温过程和吸附动力学过程,并采用常见数值模型进行了拟合. 结果表明,原土及各粒级复合体对Cd2+的吸附量随平衡液中ρ(Cd2+)的增加而增加. 各粒级组分对Cd2+的吸附量表现为黏粒＞粉粒＞原土＞粗砂＞细砂. Langmuir和Freundlich方程对Cd2+的等温吸附过程均有较好的拟合效果,线性方程拟合效果较差. 最大吸附量与吸附作用强度均呈随粒径增大而减小的趋势. 对影响最大吸附量和吸附作用强度的因子进行回归分析表明,w(有机质)、CEC(阳离子交换量)和比表面积的影响较大,其中w(有机质)是最主要因素,CEC和比表面积的影响次之. 各粒级复合体对土壤吸附Cd2+的贡献率为粉粒＞细砂＞黏粒＞粗砂,99%的Cd2+吸附在＜200 μm的组分上. 不同粒级组分对Cd2+的吸附动力学过程可分为0~20 min的快速反应阶段（吸附量均达到饱和吸附量的90%以上）和慢速反应阶段. 各组分对Cd2+的吸附符合二级动力学过程,表明吸附过程以化学吸附为主,并且吸附速率随颗粒粒径的增大而减小.      

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。     

西辽河流域沙土对磷的吸附行为

采用小型回填式土柱动态吸附试验研究了西辽河流域沙土对磷的吸附行为. 结果表明:沙土对磷的吸附行为符合Freundlich吸附方程和Langmuir吸附方程,且前者更优. 吸附分配系数(k)平均值为31.55,磷饱和吸附量平均值为312.55 mg/kg. 沙土对磷的吸附方式以物理吸附为主,易淋失,仍存在一定的环境风险. 固定沙土中的微团聚体因存在以孔隙填充方式的磷吸附,所以其对磷的吸附能力最强,磷淋失的环境风险最小;而流动沙土对磷的吸附能力最弱,磷淋失的环境风险最大. 农田和林地沙土对磷的吸附能力最强,磷淋失的环境风险最小,是沙土的最佳利用方式. 沙土对磷的吸附分配系数及饱和吸附量与土壤w(粗黏粒),w(黏粒)和w(有机质)呈极显著正相关.      

西辽河流域不同土地利用结构沙土磷解吸特征

采用小型回填式土柱淋溶试验方法,研究了西辽河流域沙土的磷解吸特征.结果表明,西辽河流域沙土的磷解吸特征符合Freundlich和Langmuir解吸等温式;沙土磷的解吸比率(D_r)在0.32～0.98之间,平均值为0.70;最大解吸量(D_m)与饱和吸附量(Г_m)呈极显著正相关;沙土对磷的吸附方式以物理吸附为主,解吸可逆性较强.被吸附的磷在环境中较易发生淋失,仍然存在一定的环境风险.土壤中w(有机质)和w(团聚体)对磷的固持能力有较大影响;不同土地利用结构磷的D_r排序为农田(0.64)=草地(0.64)＜林地(0.67)＜沙荒地(0.91),农田、草地和林地磷淋失的环境风险较小;沙荒地磷淋失的环境风险最大,D_r与土壤中w(粗黏粒),w(黏粒)和w(有机质)呈极显著负相关.      

内蒙古段黄河沉积物对磷的吸附特征研究

研究了黄河干流内蒙古段6个地理位置的沉积物对磷的吸附行为, 并分析了沉积物组成及其理化性质与磷吸附特征的关系. 结果表明, 沉积物对磷的最大吸附量为43.64～85.46 　mg/kg, 吸附能力较弱. 各沉积物的吸附/解吸平衡磷浓度(EPC₀)范围在0.000 3～0.019 8　mg/L, 与可解吸的内源磷含量正相关, 与地理位置没有表现出相关性. 本研究条件下, 在石嘴山、乌拉特前旗、清水河断面, 沉积物对磷表现为“源"; 在乌海、临河、包头断面表现为“汇", 但释放量和吸附量不大. 内蒙古段黄河沉积物对磷吸附的Langmuir吸附常数K)与阳离子交换量(CEC)、有机质含量、粘土含量均呈正相关, 与平均粒径呈负相关. 活性态Fe含量与最大吸附量显著正相关, 是沉积物对磷的主要持留因素.     

乌粱素海不同粒径沉积物吸附磷实验研究

通过研究乌粱素海不同粒径沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温曲线,模拟了乌粱素海不同粒级沉积物对磷的吸附过程。研究显示：沉积物对磷的吸附动力学过程包括快吸附和慢吸附,0～45 min内各粒级吸附速率均较高,且不同粒级沉积物对磷吸附的粒度效应明显。二级动力学方程是描述乌粱素海沉积物磷吸附动力学的最优方程,Langmuir...