太湖地區(qū)典型土壤材料的磷、氨氮吸附能力及硝化強(qiáng)度研究

太湖地區(qū)典型土壤材料的磷、氨氮吸附能力及硝化強(qiáng)度研究

添加土壤改良劑，促進(jìn)污染土壤的恢復(fù)，改善土壤微生物結(jié)構(gòu)，改變土壤中氮和磷的吸附和移動(dòng)行為，提高人工濕地和滲濾溝等污水處理系統(tǒng)的去除效率。1材料和方法1.1潮土、爐渣、沸石、樣品的來(lái)源本試驗(yàn)選用太湖地區(qū)的潮土作為比較對(duì)象,改良材料選用廉價(jià)易得的稻殼、炭化稻殼、蛭石、爐渣、木炭、粉煤灰、沙子和沸石。試驗(yàn)用的潮土取自江蘇省宜興市大浦鎮(zhèn)水產(chǎn)村的菜園;爐渣取自大浦鎮(zhèn)的窯爐,粉碎過(guò)2mm篩子;粉煤灰取自大浦鎮(zhèn)水泥廠;稻殼取自上海市閔行區(qū)農(nóng)村;沙子取自上海交大建筑工地,過(guò)2mm篩子風(fēng)干;蛭石郵購(gòu)自河北易縣,粉碎過(guò)2mm篩子;木炭購(gòu)自上海市閔行菜市場(chǎng),粉碎過(guò)2mm篩子;沸石郵購(gòu)自浙江縉云,粉碎過(guò)2mm篩子;炭化稻殼用上述稻殼悶燒,表觀呈黑色帶有少許黃色。1.2測(cè)試方法1.2.1磷酸二氫鉀溶液對(duì)具塞錐形瓶中磷酸二氫鉀的加入取各種改良材料及潮土各1g分別加入到250mL的具塞錐形瓶中,各瓶中均分別加入利用磷酸二氫鉀配制的磷濃度分別為3、7、12、24、40(mg·L1.2.2氯化氨溶液濃度對(duì)具塞錐形瓶的影響取各種改良材料及潮土各1g分別加入到250mL的具塞錐形瓶中,各瓶中均分別加入利用氯化氨配制的氨氮濃度分別為5、10、15、30、50、70(mg·L1.2.3潮土及改良材料的硝化強(qiáng)度改良研究取100g各種改良材料及潮土各自分別用紗布包裹,共做3組重復(fù)樣,平攤后埋入室外綠化草皮地下約20cm處,經(jīng)過(guò)自然接種馴化2個(gè)月后取出,均稱(chēng)取15g各種材料及潮土,分別放入250mL的錐形瓶中,各加入用磷酸氫二鉀、硫酸氨等按比例配制的液體培養(yǎng)基100mL,用脫脂棉花塞住,于25℃恒溫條件下振蕩24h,取樣分析溶液硝態(tài)氮濃度,測(cè)定各改良材料及土樣培養(yǎng)液的硝態(tài)氮濃度,并根據(jù)硝態(tài)氮濃度計(jì)算相應(yīng)的硝化強(qiáng)度。最終材料的硝化強(qiáng)度采用3組測(cè)試結(jié)果的平均值進(jìn)行表示1.3roguer擬合理論本試驗(yàn)測(cè)定的水質(zhì)指標(biāo)磷濃度、氨氮濃度分別采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鉬銻抗分光光度法和納氏試劑比色法磷吸附容量和氨氮吸附容量的Langmuir擬合采用如下公式:式中:C為平衡時(shí)吸附液中的磷或氨氮濃度,X為根據(jù)相應(yīng)吸附質(zhì)濃度變化計(jì)算而得的單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量,K為常數(shù),Xm為理論最大吸附量,通過(guò)C/X和C作圖,其中斜率的倒數(shù)即為Xm。硝化強(qiáng)度的計(jì)算方法如下:式中:I為硝化強(qiáng)度,△W為在振蕩培養(yǎng)期間培養(yǎng)液中硝化菌氧化氨氮生成的NO2結(jié)果與討論2.1不同材料磷理論最大吸附量各改良材料及潮土的磷吸附特性利用Langmuir吸附模型擬合,試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果利用SPSS12.0統(tǒng)計(jì)分析,Langmuir擬合方程,相關(guān)系數(shù)及磷理論最大吸附量的分析結(jié)果如表1所示。由表1可以看出,各種材料的磷理論最大吸附量大小次序?yàn)?粉煤灰>炭化稻殼>爐渣>潮土>沙子>蛭石>沸石>木炭>稻殼;其相應(yīng)值為34.3643、1.3667、0.3860、0.3762、0.1250、0.0938、0.0813、-0.0180、-0.1990(mgP·g粉煤灰對(duì)磷的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他材料的原因在于粉煤灰中含有的氧化鈣等堿性物質(zhì),且粉煤灰中含有活性氧化鋁、活性氧化硅等比表面積較大的物質(zhì)由于粉煤灰的優(yōu)良吸磷能力,有不少學(xué)者將直接粉煤灰作為人工濕地等污水處理系統(tǒng)的填料2.2灰、天麻、稻殼、爐渣各改良材料及潮土的氨氮的Langmuir擬合方程,相關(guān)系數(shù)及氨氮理論最大吸附量的分析結(jié)果如表2所示。由表2可以看出,各種材料的氨氮吸附能力大小次序?yàn)?沸石>炭化稻殼>蛭石>木炭>潮土>粉煤灰>沙子>稻殼>爐渣;其對(duì)應(yīng)的值為2.7375、1.4762、0.9676、0.5464、0.4579、0.3900、0.2937、0.1589、0.0681(mgN·g各種材料對(duì)氨氮的去除能力大小可能與材料的表面結(jié)構(gòu)、材料的電負(fù)性大小、材料的比表面積、材料的成分等因素有關(guān),如天然沸石中,其表面結(jié)構(gòu)能夠?qū)Π钡x子進(jìn)行物化吸附,其內(nèi)部的空穴中的陽(yáng)離子與氨氮能夠進(jìn)行交換,這兩種作用構(gòu)成了沸石的氨氮吸附能力如同各種材料及土壤對(duì)磷吸附特性結(jié)果中所做的分析,要提高土地處理系統(tǒng)的氨氮吸附能力時(shí),可以考慮往潮土中添加沸石、炭化稻殼、蛭石和木炭,如關(guān)文玲等2.3硝化菌的改良各改良材料及潮土的平均硝化強(qiáng)度結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出,各種材料的硝化強(qiáng)度平均值大小次序?yàn)?木炭>稻殼>炭化稻殼>沙子>沸石>潮土>蛭石>爐渣>粉煤灰;其對(duì)應(yīng)的值為2.2867、1.6567、1.0467、0.7267、0.6800、0.5333、0.1500、0.0633、0.0100(mg·kg由于直接利用微生物手段考察土壤中硝化菌的性質(zhì)比較繁瑣困難,而利用測(cè)定同一管理方式下不同性質(zhì)的改良材料和潮土的硝化強(qiáng)度,可以從側(cè)面來(lái)體現(xiàn)各種改良材料及土壤適合硝化菌生長(zhǎng)程度的情況。對(duì)污水處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō),僅僅提高其氨氮吸附能力是不夠的,還需要污水處理系統(tǒng)能夠適合硝化菌的生長(zhǎng),以提高系統(tǒng)的硝化能力,并在一定程度上能夠還原系統(tǒng)的氨氮吸附能力。硝化強(qiáng)度的影響因素比較復(fù)雜,各種材料的粒徑大小,比表面積大小,材料的化學(xué)組成,材料上所適合生長(zhǎng)的其他微生物與硝化菌的競(jìng)爭(zhēng)、捕食、共生作用等因素3改良材料及潮土的篩選(1)改良材料及潮土的Langmuir擬合磷理論最大吸附量從大到小依次為:粉煤灰>炭化稻殼>爐渣>潮土>沙子>蛭石>沸石>木炭>稻殼,其對(duì)應(yīng)的值為34.3643、1.3667、0.3860、0.3762、0.1250、0.0938、0.0813、-0.0180、-0.1990(mgP·g(2)改良材料及潮土的Langmuir擬合氨氮理論最大吸附量從大到小依次為:沸石>炭化稻殼>蛭石>木炭>潮土>粉煤灰>沙子>稻殼>爐渣,其對(duì)應(yīng)的值為2.7375、1.4762、0.9676、0.5464、0.4579、0.3900、0.2937、0.1589、0.0681(mgN·g(3)改良材料及潮土的硝化強(qiáng)度從大到小依次為:木炭>稻殼>炭化稻殼>沙子>沸石>潮土>蛭石>爐渣>粉煤灰,其對(duì)應(yīng)的值為2.2867、1.6567、1.0467、0.7267、0.6800、0.5333、0.1500、0.0633、0.0100(mg·kg(4)在污水土地處理系統(tǒng)的中,要使通過(guò)添加土壤改良劑提高系統(tǒng)的磷吸