小型浅水湖泊表层沉积物对磷的吸附特征及其影响因素

[目的]分析城市小型浅水湖泊表层沉积物对磷的吸附特征及影响因素,为城市小型浅水湖泊富营养化控制和生态环境修复提供参考依据。[方法]在室内模拟条件下,从表层沉积物对磷的吸附动力学与等温吸附两个角度分析了孔目湖表层沉积物对磷的吸附特征,同时运用磷吸附量计算公式探讨不同pH值下孔目湖表层沉积物对磷吸附行为的影响。[结果]表层沉积物对磷的吸附动力学过程分为快吸附和慢吸附2个阶段,快吸附阶段主要发生在0～1h内,而慢吸附阶段主要发生在1～3h;表层沉积物对磷的吸附等温线在高浓度下同时符合Langmuir模型、Freundlich模型和D-R模型,而在低浓度下符合Linear模型;在酸性或中性环境条件下,表层沉积物对磷的吸附效果更好。[结论]富营养化严重的小型浅水湖泊,表层沉积物有向上覆水释放磷的趋势,且上覆水和沉积物中磷酸盐含量的多少均会影响表层沉积物对磷的吸附特征和动态平衡状态的变化。     

颗粒物对乐果的吸附特征

研究了颗粒物（内蒙古土壤Y2、Y3、Y4和黄河水体表层沉积物Y1）对有机磷农药乐果的吸附规律,观察了颗粒物的性质如有机质、粘粒、CEC（阳离子交换量）和离子强度等因素对吸附行为的影响。结果表明,内蒙古4种颗粒物对乐果的吸附过程可用Freundlich等温式描述,吸附常数在1.4848～1.9550mL·g-1之间;影响颗粒物对乐果吸附的主要因素是CEC、离子强度和有机质,颗粒物对乐果的吸附量与颗粒物的CEC有着极显著的正相关关系,相关系数为0.9812,P〈0.01;随着离子强度的降低,4种颗粒物对乐果的吸附量增大;除黄河水体表层沉积物Y1外,颗粒物的有机质含量越高,对乐果的吸附能力就越强。     

湖泊沉积物中水溶性有机质对吸附磷的影响

以分别属于不同营养水平的五里湖和东太湖沉积物为研究对象,通过吸附试验,研究了水溶性有机质(DOM)对沉积物吸附磷酸盐等温线和动力学曲线的影响。结果表明:(1)DOM没有改变沉积物吸附磷动力学曲线的基本趋势,在前10 h内,沉积物对磷的吸附具有较大速度,20 h后基本达到吸附平衡;DOM提高了沉积物吸附磷的速度,特别是提高了0-0.5 h内的吸附速度,其中东太湖沉积物由82.34 mg kg-1h-1增加到97.18 mg kg-1 h-1,五里湖沉积物由12.21 mg kg-1h-1增加到59.17 mg kg-1h-1;(2)DOM明显改变了沉积物吸附磷等温线,对沉积物吸附磷具有促进作用,提高了沉积物吸附磷的效率,其中东太湖沉积物,DOM使其对磷的吸附效率由123.3 L kg-1增加到164.8 L kg-1,五里湖沉积物,DOM使其对磷的吸附效率由94.56 L kg-1增加到206.3 L kg-1;(3)DOM对有机质含量较高、严重污染的五里湖沉积物吸附磷的影响大于对有机质含量较低、中营养水平的东太湖沉积物的影响。     

土壤/沉积物中天然有机质对疏水性有机污染物的吸附作用

通过对土壤/沉积物中天然有机质的组成分析,阐述了天然有机物在吸附疏水性有机污染物过程中所起的重要作用,其中包括可溶性有机质的增溶作用和不溶性有机质的吸附作用。本文着重探讨了天然有机质结构的异质性对吸附作用的影响,导致吸附等温线的非线性,从而从土壤/沉积物有机质的微观结构上进一步解释了非线性吸附机理。     

磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布研究

以乌梁素海和岱海表层沉积物为吸附剂,开展了磷在沉积物上的吸附动力学和等温吸附实验研究,采用交叉型Langmuir模型描述了磷在2个湖泊沉积物上的吸附行为,并分析测定了等温吸附后沉积物中磷的形态分布。结果表明,不同浓度条件下沉积物对磷的吸附动力学过程基本相似,Elovich方程能较好地描述2个湖泊沉积物对磷酸盐的吸附动力学过程;Langmuir交叉型吸附等温式能较好地描述磷在岱海和乌梁素海沉积物上的等温吸附行为（R2=0.990）,模型中的k、Qm、EPC0、NAP等参数较好地反映了2个湖泊沉积物在成因、粒度及矿物组成等方面的差异;吸附磷的形态再分布揭示颗粒物所吸附的水相磷主要分布于Ex-P,且Or-P是沉积物中重要的潜在生物有效性磷源,对湖泊富营养化的作用不容忽视。     

p,p′-DDT在黄河兰州段沉积物上的吸附/解吸特性及影响因素研究

采用批量平衡实验,研究了黄河兰州段沉积物对p,p′-DDT的吸附/解吸特性,并考察了环境因素温度、pH值、沉积物粒度等对吸附的影响。结果表明,p,p′-DDT在黄河兰州段沉积物上的吸附在24h内可以充分达到平衡。吸附过程是非线性的,Freundlich模型可以较好地描述吸附行为,分配作用和表面吸附作用同时存在;解吸过程存在明显滞后性,即解吸要比吸附困难。正交结果表明吸附质浓度和吸附剂浓度对p,p′-DDT在沉积物上的吸附量有显著影响,而温度、pH值、有机质含量、沉积物粒度影响不显著。     

低浓度非离子表面活性剂对甲基对硫磷在沉积物上吸附行为的影响

用振荡平衡方法,研究了非离子表面活性剂Brij30、Tween-80在沉积物上的吸附行为及其对甲基对硫磷在两种沉积物上吸附的影响。结果表明,Brij30、Tween-80在两种沉积物上的吸附等温线均符合S型吸附方程;Brij30、Tween-80主要通过在沉积物矿物表面的吸附与积聚和在有机质中的分配而吸附。Brij30 Tween-80加入浓度低于CMC时,甲基对硫磷在沉积物的吸附量减少,这是Brij30、Tween-80分子与甲基对硫磷分子在沉积物表面争夺活性吸附点位的结果;Brij30、Tween-80加入浓度大于CMC时,表面活性剂在沉积物表面形成的表面胶束对甲基对硫磷的吸附作用及表面活性剂对沉积物胶体的分散作用,使甲基对硫磷在沉积物上的吸附增加。     

菲在土壤/沉积物上的吸附-解吸过程及滞后现象的研究

实验研究了菲在土壤 /沉积物上的吸附 解吸过程。CHL土壤和HFH沉积物中有机质的固相13 CCPMASNMR谱图很相似 ,表明样品中有机质的组成差异不大 ;菲在土壤 /沉积物上的吸附过程表现出明显的非线性 ;线性模型不适合拟合菲的吸附等温线 ,Freundlich模型和双区位反应模型 (DRDM)较好地拟合了菲的吸附等温线 ,其中DRDM模型还清楚地反映菲在低浓度和高浓度下不同的吸附方式 ;另外 ,研究表明菲在土壤 /沉积物上的解吸过程中存在明显的滞后现象 ,这可能和土壤 /沉积物有机质的异质性和土壤胶团微小孔隙的存在有关。     

东平湖表层沉积物中磷的吸附容量及潜在释放风险分析

利用沉积物磷吸附指数（PSI）和磷吸附饱和度（DPS）研究了东平湖表层沉积物的磷吸附容量,并讨论了沉积物中磷的潜在释放风险。结果表明,表层沉积物的磷吸附指数变化范围为30.3～45.2[mg P·（100g）-1]·（μmol·L-1）-1,表现出从湖心、湖东向湖北、湖南逐渐增大的扇形特征;而磷吸附饱和度变化范围为6.5%～24.1%,与磷吸附指数变化趋势恰好相反。磷吸附指数与沉积物中草酸铵提取的铁（FeOX）含量呈极显著正相关,与草酸铵提取的铁铝总量呈显著正相关,磷吸附饱和度与沉积物中草酸铵提取的磷（POX）含量呈显著正相关。此外,磷释放风险指数（ERI）变化范围为14.9%～67.5%,表明东平湖表层沉积物中磷释放诱发富营养化的风险处于高度风险范围。     

天鹅湖潟湖表层沉积物磷的吸附容量及潜在释磷风险

研究了天鹅湖潟湖表层沉积物对磷的吸附容量,分析了沉积物磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)及由这两个指标构成的磷释放风险指数(ERI),预测了不同区域沉积物磷的潜在释放风险。结果表明,沉积物的PSI变化范围为7.44~28.53 mg L/100 gμmol,湖北部和中部沉积物的PSI值较高;DPS与PSI的变化趋势相反,变幅为0.85%~4.99%,表现为湖南部和中部沉积物的DPS高于北部。沉积物的PSI与磷的理论吸附容量(Qmax)呈极显著正相关(P0.01),而DPS与沉积物各理化参数间的相关性较差。有机质(OM)、活性铝(Alox)和粘粒是表层沉积物对磷持留的主要影响因素。此外,天鹅湖潟湖表层沉积物的ERI变化范围为2.93%~44.70%,磷释放诱发富营养化的风险处于中度范围,其中东南部发生富营养化的风险较高     

磷和硅在湖泊沉积物上的释放特征及形态变化研究

以乌梁素海（WLSH）和岱海（DH）表层沉积物为吸附剂,开展了磷硅在2个湖泊沉积物上的释放实验研究,同时采用连续提取法探讨了释放后的磷硅形态变化。结果表明,磷和硅在2个湖泊沉积物上的释放行为均可用Elovich方程描述;0～20min为磷的快速释放阶段,此时段内约有75%的吸附磷迅速从沉积物上解吸并释放至上覆水中;0～2h为硅的快速释放阶段,此阶段内约有40%的吸附硅从沉积物上解吸并释放至上覆水中;总体上,沉积物中Ex-P、Al-P、Fe-P及IEF-Si、CF-Si具有较强的释放潜力。     

南海湖表层沉积物对Cd^2＋的吸附-释放研究

通过吸附实验及释放实验,研究了包头市南海湖表层沉积物对Cd^2＋的吸附、释放作用。结果表明,Cd^2＋在南海湖沉积物上的吸附既符合Langmuir型又符合Freundlich型,且以Langmuir型为最佳;Cd^2＋的吸附对pH值依赖程度较高,随pH值的增高而增强;温度的降低,离子强度和泥沙浓度的增加,均不利于南海湖沉积物对Cd^2＋的吸附。在6 h以内,Cd^2＋的释放百分率随时间的增加而增大,并于6 h达到极值,6 h后急剧下降,并在10 h后趋于平稳;Cd^2＋的释放百分率随pH值的升高而降低。弱酸至碱性环境有利于Cd^2＋的吸附,酸性环境有利于Cd^2＋的释放。     

河流渗滤系统中BTEX的吸附行为实验模拟研究

河流渗滤是一种自然净化过程,污染河水通过该过程在河流沉积层中发生物理、化学和生物作用,使得污染物浓度降低,入渗河水水质得到净化。为了研究BTEX污染河水通过河流渗滤系统时的吸附行为,进行了静态吸附模拟实验。结果表明BTEX 4种组分在3种河流沉积物样品中的吸附平衡均可以在48 h内完成。通过比较BTEX在3种不同河流沉积物样品中的吸附动力学曲线,可以发现BTEX在粉土中吸附速率最大,细砂中次之,粗砂中最小。BTEX在粉土和细砂中的吸附等温线符合Henry等温吸附方程,而在粗砂中符合Langmuir等温吸附方程。3种土壤中粉土和细砂具有较大的吸附容量,而粗砂吸附容量相对较小;粉土和细砂对苯的吸附能力最强,甲苯次之,乙苯和间二甲苯相对较小。从阻滞因子的计算结果来看,黄河花园口区采集的河流沉积物样品对BTEX各组分的迁移均具有较强的阻滞作用,在较高浓度范围内,河流渗滤系统能够通过吸附作用有效阻滞BTEX污染物,降低其对地下水的危害。     

有机修饰(土娄)土对CrO42-吸附特征的初步研究

以CTMAB（十六烷基三甲基溴化铵）单一修饰和CTMAB＋SDS（十二烷基磺酸钠）混合修饰塿土耕层、粘化层土样，从修饰比例、土层、温度角度探讨了有机修饰塿土对CrO4^2-的平衡吸附特征。结果表明，各供试土样中CrO4^2-平衡吸附量均随CrO4^2-平衡浓度增高而增大，有机修饰土对CrO4^2-的吸附等温线呈现L型等温线形式，原土土样的吸附等温线基本上类似于S型吸附等温线形式，两层次各土样对CrO4^2-的吸附量呈现100CB〉120CS〉50CB〉CK的顺序（100，120，50分别表示修饰比例为100，100＋20，50；CB为CTMAB修饰；cs为CTMAB＋SDS修饰；CK为未修饰原土）；随着平衡浓度的增大，耕层原土对CrO4^2-的吸附能力增加较快而粘化层原土增加较慢，塿土粘化层修饰土样对CrO4^2-的平衡吸附量均高于塿土耕层土样，但修饰比例增高导致两层次土样对CrO4^2-吸附亲和力的差异减小；未修饰原土对CrO4^2-吸附呈现增温效应，粘化层CK土样增温效应高于耕层CK土样，表明增温促进粘粒矿物对CrO4^2-的专性吸附。随平衡浓度的增大，修饰土样CrO4^2-吸附温度效应比值均变化不大，耕层各修饰土样对CrO4^2-吸附呈现增温负效应，而粘化层修饰土样对CrO4^2-吸附的温度效应则与修饰剂和修饰比例有关。     

内蒙古部分河段表层沉积物对氟的吸附特征

以内蒙古地区五个河段表层沉积物为吸附剂,实验室模拟含氟废水为吸附质,对沉积物对氟的吸附行为进行研究。运用Lagergren准一级、准二级动力学模型及Langmuir、Friendlich等温吸附模型对试验数据进行拟合,结果表明:沉积物对氟的动力学吸附过程与Lagergren准二级动力学方程拟合相关性较好,平衡吸附量范围为1.73～2.02 mg g~(-1),最高值出现在乌海;而对氟的热力学吸附过程与Langmuir吸附方程有较好拟合(R~2 0.962),最大吸附量Qmax的范围为1.72～7.40 mg g~(-1),平均值为3.89mg g~(-1);与Friendlich吸附方程拟合也较好(R~2 0.963),1/n范围为0.8017～0.9855,说明沉积物对氟的吸附过程易于进行。研究发现:洮儿河和岱海吸附量较低且解吸率高,应特别注意其河流水体的氟污染问题。     

黄河表层沉积物中磷的分布特征及磷的生物可利用性

采用改进的七步连续提取法分别对黄河中下游流域5个不同段位表层沉积物中总磷（TP）、有机磷（OP）及各种无机磷形态进行了分析,研究并探讨了沉积物中磷的分布特征及其对河海可能产生的影响,为预测黄河乃至渤海流域的营养状况、预防及科学管理等提供理论依据。结果表明,所测黄河表层沉积物中TP含量范围为240.71-576.59μg.g^-1,以无机磷（IP）为主,占TP含量的85.73%-98.48%;OP含量占TP的1.52%-14.27%。受陆地河流和海流注入的影响,所研究沉积物样中TP、IP和OP含量的最大值均出现在靠近黄河口的渤海浅海区,其次是黄河口。IP分为6种形态磷,即交换态磷（Ex-P）、铝结合态磷（Al-P）、铁结合态磷（Fe-P）、闭蓄态磷（Obs-P）、自生钙结合磷（Ca-P）和原生碎屑磷（De-P）,其中以De-P为主,其次是Ca-P,分别占TP的52.47%-73.67%和18.32%-38.20%,Ex-P、Fe-P和Al-P含量均相对较低,Obs-P含量最低。各形态磷的空间分布均与调查区沉积物粒径有一定相关性,粒径小于0.063 mm的沉积物样中TP和IP含量均最高。Ex-P、Al-P、Fe-P、Or-P和部分Ca—P作为黄河表层沉积物中潜在的生物可利用磷,其总量至少占TP的6．09％-24．46％。     

几种土壤在单一Zn及Cd Cu共存条件下对Zn的吸附

研究了Zn2+在单一及与Cd2+、Cu2+共存条件下在塿土、黄绵土、黑垆土、黄褐土、砂土5种土壤中的吸附特征,并探讨了其吸附机制。结果表明,在20℃、30℃下,Zn2+在各供试土样中吸附等温线总体上均呈I或III型等温线形式,总体上黑垆土、塿土对Zn2+吸附最强,而砂土的吸附总是最差;塿土、黄绵土和黄褐土中Zn2+吸附的温度效应呈现升温正效应特征,砂土中则总体上表现出随温度上升呈下降趋势,黑垆土中Zn2+吸附的温度效应则与重金属处理有关。Freundlich模型是描述Zn2+吸附等温线最佳模型。Cd2+、Cu2+的共存对Zn2+的吸附均具有显著的拮抗作用,但对Zn2+吸附规律的影响不同。机理分析表明,Zn2+在土壤中的吸附主要以化学吸附为主,Cu2+由于其与Zn2+相似的化学吸附特点而竞争Zn2+化学吸附点位,但Cd2+吸附主要竞争以电性引力形式吸附的Zn2+,因而Cu2+对Zn2+吸附的影响较大,而Cd2+影响较小。     

Cu^2＋、Zn^2＋复合条件下Cd^2＋在陕西5种土壤中的吸附

通过平衡吸附的方法,研究了Cd2＋在单一及与Cu2＋、Zn2＋复合条件下,在陕西塿土、黄绵土、黑垆土、黄褐土、砂土5种土壤中的吸附特征,并通过多重相关分析探讨了其吸附机制。结果表明,在20、30℃条件下,Cd2＋在各供试土样中吸附等温线总体上呈H或L型等温线形式,黑垆土对Cd2＋总是吸附最强,而砂土的吸附总是最弱;Cd2＋吸附的温度效应呈现升温负效应特征,塿土土样中,Cu2＋的共存对其温度效应影响较大,而在其他4种土样中Zn2＋的共存具有较大影响;Cu2＋、Zn2＋的共存均降低了Cd2＋的吸附量,具有显著的拮抗作用;Freundlich模型是描述Cd2＋吸附等温线最佳模型。相关分析结果表明,Cd2＋在土壤中的吸附主要以电性引力吸附为主,Cu2＋的共存主要和其与土壤有机质之间的络和吸附等化学吸附作用有关,因此其对Cd2＋以化学竞争性吸附的影响相对较弱,而Zn2＋共存吸附与Cd2＋吸附机制类似,因此表现出Zn2＋共存对Cd2＋吸附影响较大的特点。     

BS-Tween20复配修饰膨润土对Cd~(2+)吸附的研究

采用不同比例十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)+Tween20复配修饰膨润土,以批处理法研究了不同修饰比例、温度、p H、离子强度下,修饰膨润土对Cd2+吸附的效果,并从吸附等温线、温度效应和热力学角度探讨了吸附机制。结果表明,供试土样对Cd2+的平衡吸附量呈现BS+0.25TBS+0.5TBSBS+1TBS+1.5TCK的趋势,复配修饰土样对Cd2+的吸附随Tween20修饰比例的增加而降低。Tween20复配修饰比例小于0.5时有利于复配修饰土对Cd2+的吸附,而大于0.5时复配修饰土对Cd2+的吸附量则降低。修饰膨润土对Cd2+的吸附等温线均符合Langmuir模型。温度升高、p H增加、复配修饰土对Cd2+的吸附量增加、离子强度的增大减弱了土样对Cd2+的吸附。热力学参数结果表明,修饰土样对Cd2+的吸附是熵增控制的自发性过程;各土样对Cd2+吸附均为吸热过程。     

不同磷浓度对土壤吸附锌特性的影响

通过等温吸附试验，研究了不同磷浓度条件下水、旱田两种土壤吸附锌的规律，结果表明：在本试验条件下，以Fretmdlich方程拟合土壤对锌的吸附等温线的效果最好；不同磷浓度条件下，同一土壤的吸附等温线方程参数k和n均没有显著的变化；不同磷浓度对土壤吸附锌的量没有显著影响。因此，磷锌拮抗的原因可能不是施磷加强了土壤对锌的吸附作用。