柳江河沉積物和沿岸土壤對(duì)磷的吸附及解吸動(dòng)力學(xué)

1、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版,2004,35(4:621624Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science柳江河沉積物和沿岸土壤對(duì)磷的吸附及解吸動(dòng)力學(xué)田玉紅,劉正西(廣西工學(xué)院生物與化學(xué)工程系,柳州545006摘要:本文研究了柳江河沿岸土壤和沉積物對(duì)磷的吸附及解吸動(dòng)力學(xué)。在實(shí)驗(yàn)條件下,柳江河沿岸土壤對(duì)磷吸附速度較快,吸附規(guī)律符合交換平衡動(dòng)力學(xué)方程:t/X d(t=t/X d(eq+B。在相同實(shí)驗(yàn)條件下,柳江河沉積物則出現(xiàn)了釋磷現(xiàn)象。關(guān)鍵詞:土壤/沉積物;磷;吸附;解吸中圖分類號(hào):X131文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-

2、2324(200403-0621-04KINETICS OF PHOSPHOROUS ADSORPTION ON BA NK SOILS ANDD ESORPTION FROM SEDIMENTS OF LIUJIANG RIVERTIA N Yu-hong,LI U Z heng-xi(Departm ent of B iol oqi al and C he mical Engineering,Guangxi University of Technology,Li uzhou545006,ChinaAbstract:Adsorption kinetics of phosphorous on

3、coastwise soil and desorption from sediment of Liujiang River w ere in2 vestigated.When pH value is7and original concentra tion of phosphorous is2.0mg/l,the adsorption kinetics of phos2 phorous on soil can be w ell described by exchange equilibrium kinetics models:t/X d(t=t/X d(eq+B.A t the same tim

4、e,phosphorus from sediment was released.Key Words:soil/sediment,phosphorous,adsorption,desorption前言近年來(lái),隨著富營(yíng)養(yǎng)化水體的不斷增加,水體富營(yíng)養(yǎng)化的研究和防治日益被重視。富營(yíng)養(yǎng)化污染的主要原因是由于排入水體的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)多所致,多數(shù)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的控制因素為磷1,2,這是因?yàn)楸M管氮、磷同為生物的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但藻類等水生生物對(duì)磷更為敏感,當(dāng)水體中磷處于低濃度時(shí),即使氮濃度能滿足藻類等水生生物的需要,其生產(chǎn)能力也會(huì)大受遏制3,因此控制水體中磷的濃度對(duì)防治水體富營(yíng)養(yǎng)化尤為重要。大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和研

5、究表明,土壤和沉積物能通過(guò)交換吸附作用從環(huán)境中富集包括磷在內(nèi)的多種微量元素及其他有毒有機(jī)物,對(duì)天然水體起到一定的凈化作用,是一種極好的清潔劑410。但當(dāng)水體環(huán)境發(fā)生變化時(shí),吸附在沉積物上的磷又會(huì)被釋放出來(lái)造成水體的二次污染,沉積物釋磷作為內(nèi)輸入磷源,對(duì)水域營(yíng)養(yǎng)水平有著不容忽視的影響。土壤對(duì)水體中的磷具有強(qiáng)烈的吸附作用,河流堤岸土壤作為水體中沉積物的主要來(lái)源,其吸附能力對(duì)水體中磷的濃度的控制有著重要的影響。柳江河是典型的城市河流,兩岸是柳州市的工業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)和居民生活密集區(qū),大量的生活污水直接排入河中,對(duì)河水造成了極大的污染,其中水體的富營(yíng)養(yǎng)化是柳江河的主要污染之一,尤其是在枯水期。本文對(duì)柳江河沿岸

6、土壤和柳江河沉積物對(duì)磷的吸附和解吸動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。1實(shí)驗(yàn)部分1.1樣品的采集與處理根據(jù)柳江河不同河段的污染現(xiàn)狀和沉積物分布的特點(diǎn)選取了6個(gè)采樣點(diǎn)(圖1,采集樣點(diǎn)表層沉積收稿日期:2003-10-24作者簡(jiǎn)介:田玉紅(1969-,女,河北秦皇島人,廣西工學(xué)院副教授,理學(xué)碩士,在讀博士.物,勻化后裝入清潔的聚乙烯保鮮袋中備用。沿岸土壤采自同一位置的河堤上,取表層15c m 以下的土壤,以保證未受污染。采集到的土壤和沉積物樣品經(jīng)自然風(fēng)干,研磨后過(guò)160 目篩網(wǎng)備用。圖1 站位圖Fig 1 sample sites圖2 柳江河沿岸土壤對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)曲線Fig 2 Kinetics curves o

7、f phosphate desorption fr om sediments to Liujiang River1.2 土壤/沉積物對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)¹準(zhǔn)確稱取一系列的土壤/沉積物樣品(0.1000?0.0002g置于干燥的具塞三角瓶中;º加入計(jì)算好的柳江河水,使其體積與再加入的溶質(zhì)之和為50ml,調(diào)節(jié)體系的pH 值為7,加入磷工作溶液,使溶液中磷的初始濃度為2.0mg/L;»將三角瓶置于30e 恒溫水浴中振蕩,每隔一段時(shí)間取一次樣過(guò)濾,測(cè)定濾液的pH 值和濾液中磷的濃度并計(jì)算吸附百分率。吸附百分率E%=100(c 0-c/c 0,其中c 0、c 分別表示溶液中初始

8、和平衡時(shí)磷的濃度,mg/L 。實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純,磷酸鹽工作溶液(50mg/L由磷酸二氫鉀配制;柳江河水取自柳江河潔凈河段,過(guò)濾后使用。所有的實(shí)驗(yàn)均至少重復(fù)兩次。#622#山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 第35卷表1 各站位土壤的吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 1 Pa rameter s of adsor ption kinetic equation of phosphate on bank soils站位Si tes動(dòng)力學(xué)方程Ads orption kinetic equation 相關(guān)系數(shù)Correlation coefficient 平衡吸附量X d (eq1# 343圖3 柳江河沉積物對(duì)

9、磷的解吸動(dòng)力學(xué)曲線Fig 3 Kinetics cur ves of phosphate desor ption from sediments to liujiang River on sediments fr om Liujiang Rive1.3 分析方法pH 值采用pHS-25型數(shù)字顯示酸度計(jì)測(cè)定;磷的測(cè)定采用磷鉬藍(lán)法。2 結(jié)果與討論2.1 柳江河沿岸土壤對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)圖2為柳江河沿岸土壤吸附磷的動(dòng)力學(xué)曲線。由圖可以看出,在實(shí)驗(yàn)條件下(T=30e ,pH=7.0?0.1,磷的初始濃度為2.0mg/l,反應(yīng)剛開始時(shí)各站位土壤對(duì)磷的吸附速率很快,60min 后,吸附速度的變化則很緩慢了,直

10、至達(dá)到吸附平衡,吸附平衡時(shí)間為300min 。各站位土壤對(duì)磷的吸附能力并不相同,這可以從同一吸附時(shí)間下的吸附百分率看出。研究表明,土壤中對(duì)磷具有吸附活性的物質(zhì)主要是粘土礦物、鐵錳鋁的水合氧化物及有機(jī)物,且不同的活性組分吸附活性不同。由于土壤取樣范圍較大,各站位具體情況有一定差異,就造成了吸附能力的不同。采用廖文卓、陳松等人提出的基于交換平衡的動(dòng)力學(xué)模式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬,結(jié)果見表1。交換平衡動(dòng)力學(xué)模式的線性方程為11:t/X d (t=t/X d (eq+B其中X d (t和X d (eq分別為時(shí)間t 和平衡時(shí)的吸附量(mg/L,B 為常數(shù)。從表1可見,各站位土壤樣品的t/X d (tt 線性

11、相關(guān)性良好,吸附規(guī)律符合所用動(dòng)力學(xué)方程。由表1還可以看到在相同實(shí)驗(yàn)條件下各站位土壤對(duì)磷的平衡吸附量X t (eq相差較大,說(shuō)明各站位土壤的吸附能#623#第4期 田玉紅等:柳江河沉積物和沿岸土壤對(duì)磷的吸附及解吸動(dòng)力學(xué)力有一定差異。2.2 柳江河沉積物對(duì)磷的解吸以柳江河沉積物為吸附劑,進(jìn)行了對(duì)磷的吸附實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),在同樣實(shí)驗(yàn)條件下(T=30e ,pH=7.0?0.1,磷的初始濃度為2.0mg/l,柳江河沉積物出現(xiàn)了釋磷現(xiàn)象,結(jié)果見圖3。由于柳江河中的沉積物已經(jīng)吸附了一定數(shù)量的磷,因此實(shí)驗(yàn)條件下,柳江河沉積物非但沒有吸附磷,而且出現(xiàn)了磷的解吸現(xiàn)象,吸附動(dòng)力學(xué)曲線表現(xiàn)為負(fù)吸附。由圖3可見,沉積物對(duì)

12、磷的解吸是非常迅速的,在10min 即達(dá)到解吸最大值,但以后隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,沉積物對(duì)磷又有一定的吸附作用,吸附百分率又有一定的回升。這在6#站位上最為明顯,吸附剛開始時(shí),沉積物上磷的先解吸下來(lái)表現(xiàn)為負(fù)吸附,隨著吸附的進(jìn)行解吸下來(lái)的磷又重新被沉積物吸附,而且溶液中的磷也被吸附而成為正吸附。由于各站位沉積物的污染情況不同,對(duì)磷的釋放量相差較大。3 小結(jié)綜上所述,我們可以得到如下結(jié)論:(1在實(shí)驗(yàn)條件下,柳江河沿岸土壤對(duì)磷具有較快的吸附速率,吸附規(guī)律符合交換平衡動(dòng)力學(xué)方程:t/X d (t=t/X d (eq+B 。(2在同一實(shí)驗(yàn)條件下,柳江河沉積物出現(xiàn)了釋磷現(xiàn)象。磷的解吸速度很快,由于各站位沉積物的污染情況不同,對(duì)磷的釋放量相差較大。參考文獻(xiàn):132邵林廣,游映玖,陶惠芳等.控磷除磷在水體富營(yíng)養(yǎng)化控制中的作用1J 2.環(huán)境與開發(fā),1999,14(2:19-20162田玉紅.南海表層沉積物吸附等溫線的定量處理1J 2.海洋科學(xué),2000,24(1:7-9172田玉紅.南沙群島海區(qū)表層沉積物吸附銅離子的實(shí)驗(yàn)研究1J 2.熱帶海洋,1999,18(4:69-74182林榮根,吳景陽(yáng).黃河口沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附與釋放1J 2.海洋學(xué)報(bào),1994,16(4:31-341102Albert A Koelans.Sorpti on of 1,2,3,