聚丙烯酰胺对H_2PO_4~-和HPO_4~(2-)在土壤中吸附-解吸特性的影响

采用批量平衡法研究聚丙烯酰胺(PAM)对两种形态磷(HPO2-4、H2PO-4)在土壤中吸附和解吸特性的影响,以明确PAM对输入土壤中肥料磷素的固持效果。结果表明:施入PAM土壤对磷的吸附动力学过程符合二级动力学方程(平均R2=0.998 4),包括快速反应和慢速平衡两个阶段。在低(20mg/kg)和高(100mg/kg)磷浓度条件下,原土或施入PAM处理土壤对HPO2-4、H2PO-4的吸附均可在反应进行12h时达到平衡,仅高浓度磷条件的H2PO-4处理需要24h达到吸附平衡。Langmuir模型可对等温吸附数据进行很好的拟合(平均R2=0.940 4)。相比原土对照处理,PAM处理可提高土壤对H2PO-4吸附,降低对HPO2-4的吸附,使得HPO2-4的最大吸附量和吸附强度降低,而H2PO-4的最大吸附量和吸附强度升高。PAM处理土壤对磷的解吸受施磷量影响不同,中低施磷条件(磷含量低于80mg/kg)下,NaCl和柠檬酸对PAM处理土壤中磷解吸率均低于原土对照,而在高施磷量条件下,NaCl和柠檬酸对PAM处理土壤中磷素的解吸率均高于原土对照,说明中低施磷条件下,施用PAM不利于土壤对H2PO-4和HPO2-4的释放。PAM施入土壤后,H2PO-4的解吸率(NaCl、柠檬酸)始终高于HPO2-4,说明H2PO-4较不易被土壤固定。     

天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征

以荣成天鹅湖这一天然泻湖为研究对象,研究了6个样点沉积物对磷的吸附动力学曲线和等温吸附方程,并分析了沉积物理化性质与磷吸附参数间的关系.结果表明,天鹅湖不同区域沉积物对磷的吸附动力学均符合二级动力学方程,吸附反应主要在前10h内完成,且0～2h内反应迅速.根据Langmuir模型,6个样点沉积物对磷的理论吸附容量(Qmax)的范围为294.12～1 111.11 mg/kg,其中湖区北部和中部沉积物的吸附能力高于南部.沉积物对水体中磷的吸附解吸平衡浓度(EPC0)的变幅为0.002 ～ 0.033 mg/L,其与沉积物本底吸附态磷(NAP)呈较弱的正相关关系.本研究条件下,大部分样点的EPC0小于上覆水中磷的浓度,其中湖区西北部和东南部沉积物中磷具有向上覆水体释放的趋势.沉积物的NAP与总氮、有机质、活性铝和黏粒间均呈显著正相关,Qmax与铁铝结合态磷、有机质、活性铝和粉粒间呈显著的正相关关系.活性铝、有机质和粒度是影响沉积物磷吸附的主要因素.     

改性高岭土对废水中磷的吸附性能及机理研究

采用盐酸和煅烧2种方法对苏州高岭土进行了改性,分析其对模拟含磷废水中磷的吸附效果,并初步探讨了其作用机制,继而进行了等温吸附和吸附动力学试验研究。结果显示,酸、热改性均不同程度地提高了高岭土对模拟废水中磷的吸附净化能力,尤以9%酸改性和500℃煅烧效果最为明显。在处理25 ml浓度为20 mg/L的模拟含磷废水中,高岭土投加量为2%(重量比)时,经9%酸改性高岭土对磷去除率达81.8%,较天然高岭土提高了44.6%。在处理50 ml浓度为20 mg/L的模拟含磷废水时,经500℃煅烧改性高岭土对磷的去除率高达99.5%,残留溶液中磷浓度仅为0.10 mg/L,达到我国相应排放标准。酸改性可通过改变高岭土的吸附活性点位来提高其对磷的吸附净化性能,而煅烧通过活化高岭石中的铝而提高其对磷的吸附净化性能。天然、9%酸改性及500℃煅烧高岭土磷吸附等温线均符合Freundilch和Langmuir方程,皆达极显著水平(P<0.01)。天然、9%酸改性及500℃煅烧高岭土对磷的动力学吸附特征一致,皆与准二级方程拟合最佳,达极显著水平(P<0.01)。500℃煅烧高岭土对磷的饱和吸附量最大,在净化含磷废水中具有良好的应用前景。     

向水中加入适量硫酸铝可降低磷的污染

灌溉径流中,90%的磷吸附在沉积物中。由于从沉积物中解吸下来的磷很快被吸收,这就导致沟灌回流中可溶性磷的质量浓度很高。可见灌溉回流是一种非点源污染。美国土壤学家A.B.Leytem在爱达荷州灌溉区进行室内分析和田间试验,用以评价硫酸铝对回流中可溶性磷的去除效率。对室内试验数据进行回归分析表明:当硫酸铝的质量浓度为20 mg/L时,水中可溶性磷的质量浓度下降了53%,这种情况与田间试验相似。田间试验中,硫酸铝质量浓度为40 mg/L时,灌溉回流中98%可溶性磷得以降低。硫酸铝的价格为0.33美元/kg,那么降低50%的可溶性磷质量浓度,大约需要0.007美元/m3的水。尽管硫酸铝能够很好的去除灌溉回流中的可溶性磷,但是对于大多数灌溉地区来讲,硫酸铝的造价太高。此项研究成果相信对我国研究灌溉导致非点源污染,有一定的借鉴作用。     

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。     

荣成天鹅湖湿地沉积物对磷的吸附特征及影响因子分析

在荣成天鹅湖湿地的典型区域选取代表性样点,研究表层沉积物对水体中磷的吸附特征,并分析了环境因子、沉积物组成对磷吸附的影响.结果表明,当上覆水中磷浓度低于0.40 mg/L时,沉积物对磷的吸附量很低或呈负吸附状态;在高磷浓度条件下,等温吸附曲线可用改进的Langmuir模型来很好地拟合.本研究条件下湿地沉积物对磷的吸附容量(Q_(max))变幅为181.8～1 000.0 mg/kg.临界磷平衡浓度(EPC_0)变化在0.043～0.479 mg/L之间.沉积物对磷的最大吸附量与其本身的理化性质关系密切,主要影响因素为粘粒含量和粘土矿物种类,氧化铁铝和有机质含量起次要作用.环境因子对磷吸附的影响作用明显,各因子的影响顺序为:扰动>温度、盐度>pH.不同区域相比,湿地北部沉积物的吸附能力远高于南部砂质土.且后者的吸附特性更易受到环境因子的影响.     

太湖流域不同类型区河流水体磷形态分布及矿化速率

采用野外采样与室内实验相结合,对种植业(A)、养殖业(B)和生活污水(C)3种影响类型河流水体中磷的形态、矿化速率和周转时间进行分析研究。结果表明,B类型影响的河流水体中总磷(TP)、可溶解性总磷(TDP)和溶解性反应磷(SRP)浓度略高于A类型,却远低于C类型影响的河流水体;但河流水体中可酶解磷(EHP)浓度则相反,以A类型影响的河流水体最高,丰水期最高可达0.11 mg L-1,而C类型影响的河流水体EHP浓度则较低。实验数据显示受农业影响的河流水体磷的矿化速率明显高于C类型影响的河流水体,尤其在丰水期,A类型影响的河流水体中磷的矿化速率最高可达1.437 nmol L-1min-1。研究表明水体中磷的矿化速率与EHP浓度呈正相关关系;受农业影响的河流水体磷的周转时间为3～7 d,低于C类型影响的河流水体的9.1 d。以上结果说明环太湖河流水体磷的形态分布、转化与影响水体的类型密切相关,生活污水对环太湖河流总磷贡献较大,而农业生产所产生的磷其生物可利用性更强。     

吸附材料除磷效果研究

径流中土壤养分流失以磷为主,为了保护下游河流的水质,可从农业排水沟中采取措施减少磷的流失。美国俄克拉何马州大学植物与土壤学教授C.J.Penn等对磷吸附材料(PSMs)减少排水沟中可溶性磷效果进行了研究,探明了影响磷吸附的因素及吸附材料使用方法。结果表明,在含磷量较高的排水沟中安装除磷设备,不仅能降低磷质量浓度,还能对重金属具有较强的化学吸附作用。     

烤烟坡耕地壤中流氮、磷浓度的动态特征

选取我国西南部抚仙湖流域典型小流域——尖山河流域为试验区,以流域主要土地利用类型——烤烟坡耕地土壤为研究对象,在天然降雨条件下,原位监测了作物整个生长期,坡耕地土壤不同坡位壤中流（0～2 m）中磷、氮的浓度垂直分布特征及其时间动态变化规律。结果表明,不同坡位各层壤中流总氮（TN）和总磷（TP）浓度变化趋势基本一致,但不同坡位壤中流中TP浓度随深度的变化呈波动递减规律,随深度的增加变异系数变小。坡位对0~50 cm的壤中流氮、磷浓度影响最大,坡下部明显大于坡中部。翻耕导致各层壤中流氮、磷浓度差异显著增大。各层氮、磷浓度与降雨量呈负相关。在2 m深处TN和TP浓度的平均值分别为6.371mg.L-1和0.024 mg.L-1,超出相邻水体（抚仙湖）中氮、磷浓度的控制要求。这一结果表明,尖山河流域土壤表层中的氮、磷含量较高,丰富的降雨-壤中流过程极易推动土壤氮、磷传输。因此,除了地表径流传输控制外,如何有效抑制壤中流中的氮、磷迁移对该区域水环境污染的治理十分关键。     

五种填料对磷酸盐的等温吸附-解吸特性

研究了5种土地处理系统中的常用填料(天然沸石、陶粒、北京土壤、蛭石和砾石)对磷酸盐的吸附和解吸特征,结果表明蛭石与土壤对磷酸盐的吸附效果明显(吸附量分别为1.38 mg/g和1.24 mg/g),陶粒与沸石的磷酸盐吸附效果次之(分别为1.12 mg/g和1.18 mg/g),砾石的磷酸盐吸附效果最差(0.9 mg/g).5种填料在振荡12 h均达到吸附平衡,吸附量随初始磷浓度的增加而增加.砾石的解吸率最高,北京土壤与沸石的次之,蛭石与陶粒的最低.在所研究的五种填料中,从磷吸附量和解吸率来看,蛭石是较好的磷吸附填料.     

活性炭脱除模拟沼气中H2S的动态试验

利用动态试验,以模拟沼气为研究对象,研究了进气中H_2S的浓度、进气流速、吸附剂质量及吸附剂粒径等因素对吸附柱穿透时间及穿透吸附容量的影响。研究结果表明,提高进气中的H_2S浓度和进气流速,增加活性炭的粒径可以有效地缩短穿透时间。当其他试验条件保持不变时,进气中H_2S的体积分数分别为0.0124%和0.0454%时,其对应的穿透容量分别为1.20和1.86 mg/g;进气速度为0.15 L/min时的穿透容量为0.30 L/min时的1.6倍;粒径0.84~2.00 mm时的穿透容量只有0.42~0.84 mm时的58%。因此,提高活性炭对H_2S的穿透吸附容量可以通过提高进气中H_2S的浓度,降低进气速度、减小活性炭的粒径等方法实现。通过Bangham吸附速率方程的模拟可知,未经改性的活性炭对H_2S的吸附行为同样符合Bangham吸附速率方程。该研究可为未改性活性炭沼气脱硫装置的放大和实际应用提供参考。     

天然膨润土的矿物特性及其磷吸附性能研究

比较了不同天然膨润土共7个样品对不同程度磷污染水体的吸附净化性能,通过等温吸附实验,探讨了膨润土对磷的吸附机制.结果发现,供试膨润土对水体磷均有一定的吸附净化潜力,但针对不同程度磷污染水体存在一定差异,且同一属型膨润土的吸附净化能力因矿物组成差异而不同.针对模拟V类水(P 0.4 mg/L)和劣V类水(P 1.0 mg/L),BN-2的吸附净化能力最强,BN-6的吸附净化能力较差,而其余膨润土对磷的吸附净化能力稍显差异.天然膨润土对磷的吸附等温曲线符合Freundlich方程,说明膨润土对磷的吸附可能属于不均匀介质的多分子层吸附.结果表明,在针对不同程度磷污染水体时,需根据膨润土的矿物特性,使各具特殊性质的不同天然膨润土矿样得到有效的应用.     

川西黄壤磷和氟在不同处理条件下的竞争吸附特征

本研究利用响应面模型分析不同比例生物质炭、初始p H、初始磷浓度以及初始氟浓度下川西黄壤磷和氟的竞争吸附特征,以为土壤氟固定和土壤施肥技术提供新思路。研究表明:在竞争作用下,不同处理条件对磷的吸附量影响大小顺序为:初始氟浓度>pH>初始磷浓度>生物质炭比例;对氟的吸附量影响大小顺序为:初始氟浓度>初始磷浓度>pH>生物质炭比例。考虑到各因素之间的交互作用,根据响应面模型得出在pH、生物质炭比例、初始磷浓度、初始氟浓度等因素的共同影响下的最优反应条件为:p H 5.0、生物质炭比例2.9%、初始磷浓度144.0 mg/kg、初始氟浓度178.8 mg/kg,在此条件下模型预测的磷、氟的吸附量分别为949.6 mg/kg、1 622.0 mg/kg。     

天然沸石对猪场厌氧发酵液中氨氮吸附作用的试验研究

为达到利用人工湿地处理高氨氮污水的目的,采用天然沸石作为人工湿地基质,对比研究了天然沸石对NH4Cl溶液和猪场厌氧发酵液中氨氮的等温吸附特征、吸附动力学过程,考察了吸附时间、氨氮初始浓度、沸石用量对沸石吸附氨氮的影响。结果表明,Freundlich方程较Langmuir方程能更为准确地描述天然沸石对两种水质中氨氮的等温吸附特征;在两种水质中,单分子层饱和吸附量分别为16.20mg·g-1和3.85mg·g-1。天然沸石对氨氮的吸附作用受吸附时间、氨氮初始浓度及沸石用量影响较大,在两种水质中,沸石对氨氮的吸附过程在0～8h内均随时间显著上升,到48h时达到吸附平衡;当采用NH4Cl溶液时,初始氨氮的浓度由10mg·L-1增加到500mg·L-1时,平衡吸附量由0.19mg·g-1增加到5.91mg·g-1;当采用猪场厌氧发酵液时,初始氨氮的浓度由39.4mg·L-1增加到502.9mg·L-1时,平衡吸附量由0.63mg·g-1增加到3.20mg·g-1;增加沸石用量,可以提高氨氮的去除率,但单位质量沸石的氨氮吸附量随之降低。准二级动力学可以很好地描述天然沸石吸附两种水质中氨氮的动力学过程;由模型得出的天然沸石对氨氮的平衡吸附量与试验所得最大吸附量偏差范围分别为5%～11%和2.9%～5.4%。     

湿地沉积物磷的吸附与解吸研究

采用恒温培养法研究美国纽约Pelham Bay Park 6种典型淡水湿地沉积物中磷的吸附与解吸行为及其动力学过程。结果表明:湿地沉积物具有强烈吸附溶液中磷的功能,随着溶液中磷浓度的增加,吸附量增大;但是湿地沉积物也有释放磷到溶液中去的功能,释放量为0~41.19 mg/kg,与沉积物吸附磷量的关系不大,沉积物释放磷与沉积物的特性有关。衡量一种淡水湿地沉积物的除磷能力,可根据沉积物最大吸附磷量和吸附解吸附平衡浓度(EPC0)来衡量,6种沉积物中,磷的最大吸附能力强弱依次是:S1>S2>S3>S6>S5>S4;S1沉积物吸附磷的最大量为500 mg/kg。各沉积物的平衡浓度相差很大,S4的吸附与解吸附平衡浓度最高,其值为166.00μg/L,而S2的吸附与解吸附平衡浓度最低,其值为0.36μg/L。低的EPC0值表明,沉积物有很强的吸附磷的能力,故S2湿地生态系统有非常强的除磷能力。     

冻融作用对东北黑土磷素吸附-解吸过程的影响

冻融作用对土壤理化性质具有重要影响,从而影响土壤中磷素的吸附—解吸特性。以东北黑土为研究对象,采用室内模拟冻融环境的方法,研究了冻融条件下黑土磷素吸附—解吸行为。结果表明,冻融条件下黑土对磷的吸附规律均随着外源磷浓度增加而逐渐增大,当外源磷浓度为120mg/L时吸附曲线出现明显拐点;与未冻融土壤相比,冻融过程中土壤吸附更多的磷,具有更高的磷素吸附率;外源磷浓度低时,冻融作用对土壤磷吸附影响较大,外源磷浓度高时冻融作用对土壤磷吸附影响降低;冻融条件下磷等温吸附曲线采用Langmuir方程拟合的相关性最优,在连续的冻融循环条件下,土壤磷最大吸附量Pmax值逐渐增大,土壤与磷之间结合能力和磷吸附最大缓冲容量也有同样的趋势。     

基于EPANET的再生水滴灌系统余氯分布模型构建

加氯处理是保证滴灌系统安全的重要措施之一,但是氯与灌溉水及滴灌管壁发生反应而引起的衰减会对余氯分布均匀性造成不利影响。该研究采用EPANET软件构建了再生水滴灌系统水力性能及余氯运移、衰减和分布模型,基于试验数据对模型水力和水质模拟参数进行率定和验证,并应用该模型分析了加氯模式(浓度-时长:1.3mg/L-185min、3 mg/L-80 min、6 mg/L-40 min和8 mg/L-30 min)和毛管长度(10～150 m)对系统余氯分布特征的影响。结果表明,EPANET软件可以较好地模拟滴灌系统水力性能及余氯分布特征,沿毛管方向余氯浓度模拟值与实测值一致性指数达到0.75以上。当毛管长度由10 m增加至150 m时,灌水单元平均余氯浓度与毛管末端余氯浓度随毛管长度增加呈先升高而后降低趋势,高浓度加氯处理平均余氯浓度和毛管末端余氯浓度随毛管长度增加衰减速率相对较小。较短的加氯历时(40 min)和过低的加氯浓度(如1.3 mg/L)均易造成余氯质量偏差率升高和均匀系数降低;建议使用加氯浓度3 mg/L且加氯时长80 min的加氯模式,该模式毛管极限铺设长度达到66 m,余氯质量均匀系数超过90%。     

不同降雨侵蚀力条件下紫色土坡耕地的养分流失

通过对川中丘陵区几次暴雨过程氮、磷流失的观测与分析,研究了不同降雨侵蚀力条件下的紫色土坡耕地的养分流失特征。结果表明在产流初始阶段,氮、磷流失严重,径流中养分输出浓度比较高,总氮最大可达8.0 mg/L左右,总磷在1.9 mg/L左右;坡耕地养分流失与土壤侵蚀的关系密切,氮、磷迁移以泥沙吸附态迁移为主,径流中的颗粒态氮、磷含量随降雨侵蚀力增大而增大,而溶解态氮、磷含量与降雨侵蚀力无明显相关。     

千岛湖库区农地土壤磷的固定与释放特性的研究

农田土壤中磷的流失与磷的积累及其吸附/释放特性等有关。为了解千岛湖库区土壤中磷素积累对农地土壤磷流失的潜在影响,本文选择了10个代表性土壤,采用等温吸附与室内加磷培养及化学提取等试验,探讨了库区代表性农地土壤对磷的固定和释放特性;同时采样评估了库区内140个农田土壤有效磷积累状况及其磷素释放的潜力。结果表明,千岛湖库区农地土壤最大磷吸附量有较大的差异,在214.5~745.2 mg kg-1之间变化,平均最大磷吸附量:红壤石灰岩土水稻土紫色土。土壤最大磷吸附量主要与粘粒和游离氧化铁含量有关。加磷培养试验表明,水溶性磷水平随土壤磷的积累呈显著的增加,当土壤有效磷(Olsen P)达45 mg kg-1左右时,土壤磷的释放潜力明显增强。对库区代表性农田磷素积累研究表明,约有19.8%的样点土壤有效磷在45 mg kg-1以上,存在一定的磷流失风险。研究建议加强千岛湖库区农田土壤的测土配方施肥工作,减免因农田土壤中磷素的过度积累而增加对水体的污染。     

天然沸石对水中氨氮吸附特性的研究

以浙江缙云天然沸石为原料,分别用摇床和吸附柱实验研究了天然沸石对氨氮的静态和动态吸附特性。结果显示,在10、25、40℃温度下沸石吸附氨氮有显著差异(P0.05)。在25℃、氨氮初始浓度为50 mg·L-1的条件下,1~2 mm沸石对氨氮的360 min吸附容量为4.05±0.02 mg·g-1。沸石对氨氮的吸附过程遵循二级吸附动力学方程,沸石对氨氮的等温吸附可用Langmuir和Freundlich等温吸附方程拟合,相关性分析结果表明Langmuir方程达到极显著相关(P0.01),可以更好地描述沸石吸附氨氮的热力学过程。随着沸石粒径与投加量的减小,沸石对氨氮的吸附量显著增加。在p H值6.0~8.0时,沸石对氨氮去除效果最好。动态试验显示,当氨氮浓度为50 mg·L-1时,沸石的穿透时间约96 h,动态饱和吸附量为18.8 mg·g-1。