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.      

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。     

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.     

理化性质对土壤吸附-解吸苄嘧磺隆的影响

为探讨土壤理化性质对其吸附-解吸BSM(苄嘧磺隆)的影响,采用批量平衡法研究了采自我国东南沿海和中部14个省区的21个土壤样品对BSM的吸附-解吸行为,以及BSM吸附-解吸行为与土壤pH、w(有机质)、w(TN)、w(黏粒)、CEC(阳离子交换量)等理化性质的关系. 结果表明:BSM在土壤中的等温吸附线可用Freundlich方程进行拟合,不同土壤对BSM的吸附强度差异较大,K_f (Freundlich常数)介于0.52~24.05之间. 土壤pH、w(有机质)是影响BSM吸附的主要因素,二者对K_f的解释率为58.1%;土壤对BSM的吸附还受w(TN)、w(黏粒)等的影响. 土壤对BSM的吸附-解吸存在滞后现象,HI(迟滞系数)与土壤pH呈极显著负相关,与w(黏粒)呈显著正相关,其中土壤pH对HI的解释率为33.0%. 吸附平衡溶液pH与K_d (分配系数)呈极显著负相关,对其进行调节可显著改变土壤对BSM的分配能力.      

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.     

溶解性有机质对芘在土壤中吸附解吸的影响

从腐解不同阶段的水稻秸秆提取溶解性有机质(DOM),用DAX-8树脂分组的方法分析了其亲疏水性,并研究了提取到的DOM对芘在土壤中吸附-解吸行为的影响.结果表明,随秸秆腐解时间的延长,产生DOM中亲水性组分减少,疏水性组分增多.在本试验所研究的吸附解吸实验条件下,芘在土壤中的吸附解吸均可用线性方程进行描述.加入DOM后,芘的吸附受到显著抑制(p0.01),并且随腐解时间延长,抑制作用增强;芘在土壤中存在解吸迟滞现象,加入DOM后迟滞现象减弱,促进了芘在土壤中的解吸.随腐解作用的进行,DOM促进芘解吸的作用增强,解吸迟滞系数减小.这是由于随秸秆腐解作用的进行,产生DOM中疏水性组分含量增多,其对芘的增溶作用增强所致.     

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.     

海河沉积物对菲的吸附解吸行为研究

采用北运河坝河断面、海河干流邓善沽断面及葛沽镇断面表层沉积物及南开花园土为吸附剂,以菲为吸附质进行一系列吸附动力学和吸附-解吸平衡实验研究。结果表明,菲在各颗粒物上的吸附动力学过程,在0-4h内基本可达吸附平衡,刚开始吸附速率很快,然后迅速降低,并逐渐稳定;菲在各颗粒物上的等温平衡吸附可用线性等温线方程及Freundlich方程较好的拟合;不同来源颗粒物对菲的吸附能力随颗粒物中有机质含量增加而增强;葛沽镇颗粒物经高温灼烧处理后,其吸附能力明显降低;各天然颗粒物及不同温度灼烧处理的颗粒物对菲的解吸行为存在不同程度的滞后,灼烧颗粒物的滞后性远远大于原颗粒物,颗粒物中的有机质组分及性质对菲的解吸滞后有重要影响     

天然地质样品有机质组成对菲吸附-解吸的影响

以2种有机碳含量、结构和性质都相差较大的天然样品Chelsea土壤和Paxton页岩为吸附剂,以菲为吸附质进行一系列的吸附-解吸实验。结果显示,当土壤有机质是以腐殖酸为主时(Chelsea土壤),样品对疏水性有机化合物的吸附很容易达到平衡,解吸与吸附之间的滞后现象不是很明显。相反,对以干酪根为主要组成的Paxton页岩样品,吸附与解吸之间有明显滞后现象发生,吸附与解吸是一个完全不可逆过程。这说明土壤有机质组成和结构上的差异可能会成为决定有机污染物环境行为的主要因素。      

多环芳烃在中国两种典型土壤中的吸附和解吸行为研究

采用批量实验的方法,研究了多环芳烃类有机化合物萘和菲在两种中国典型土壤样品(草甸土和黑土)中的吸附和解吸行为,并用一种新型解吸模型--"双元平衡解吸(DED)模型"对解吸行为进行了预测.结果表明,萘和菲在两种土壤中的吸附符合传统的线性模型,解吸行为则表现出明显的滞后现象,且DED模型的预测值与实验结果相吻合.DED模型能够利用简单的理化参数更加准确地定量描述憎水性有机污染物的解吸行为,该模型可为我国的土壤风险评价和土壤环境质量标准的制定等工作提供量化手段.     

菲在大庆黑钙土有机-矿质复合体上的吸附与解吸

利用超声分散法提取了黑龙江大庆黑钙土中不同粒级有机-矿质复合体,并测定了其基本理化性质.其中粘粒复合体的有机质含量最高,比表面积以及阳离子交换容量最大.研究了多环芳烃菲在不同粒级有机-矿质复合体上的吸附和解吸行为.结果表明,菲在各粒级有机-矿质复合体上的吸附和解吸等温线均符合Freundlich方程,随粒径减小,有机-矿质复合体对菲的吸附容量以及吸附的非线性程度都增加.菲在有机-矿质复合体上的解吸表现出明显的滞后现象.高有机质含量的粘粒有机-矿质复合体对菲的吸附和持留能力均较强.      

有机质胶体对卡马西平在多孔介质中迁移影响模拟实验

有机质胶体与有机污染物的相互作用会影响污染物在多孔介质中迁移转化等环境行为.为研究有机质胶体对药物和个人护理品(PPCPs)在土壤环境中迁移的影响,本实验以卡马西平(CBZ)为目标污染物,用商用腐殖酸制备有机质胶体,分别选择石英砂、标准土和野外所取土样为研究介质,通过室内土柱模拟实验探究有机质胶体存在时污染物在多孔介质中的迁移行为.结果表明,描述一维溶质运移的两点化学非平衡模型能够较好模拟CBZ在各介质土中的运移过程,说明污染物运移过程中与介质间发生了化学非平衡吸附作用;石英砂柱中加入胶体后,对CBZ的吸附过程无明显影响,但在解吸时阻滞因子及滞留量变小,可见胶体与石英砂间作用微弱,解吸过程中胶体与污染物结合形成复合体后对污染物有增溶作用;胶体存在时,标准土和自然土对CBZ的吸附量和迁移阻滞强度均明显大于石英砂,其中有机质及黏土矿物的作用最为明显,有机质中的低能/高能吸附位点以及黏土矿物极性表面均能够固定污染物;由于有机质含量较高,自然土对CBZ在吸附-解吸过程中的阻滞截留强度大于标准土.针对本实验中CBZ的迁移情况,提出了疏水性有机污染物在含有机质胶体土壤中的迁移过程中各种作用的概念模型.