柳江河沉积物和沿岸土壤对磷的吸附及解吸动力学

1、山东农业大学学报(自然科学版,2004,35(4:621624Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science柳江河沉积物和沿岸土壤对磷的吸附及解吸动力学田玉红,刘正西(广西工学院生物与化学工程系,柳州545006摘要:本文研究了柳江河沿岸土壤和沉积物对磷的吸附及解吸动力学。在实验条件下,柳江河沿岸土壤对磷吸附速度较快,吸附规律符合交换平衡动力学方程:t/X d(t=t/X d(eq+B。在相同实验条件下,柳江河沉积物则出现了释磷现象。关键词:土壤/沉积物;磷;吸附;解吸中图分类号:X131文献标识码:A文章编号: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前言近年来,随着富营养化水体的不断增加,水体富营养化的研究和防治日益被重视。富营养化污染的主要原因是由于排入水体的氮、磷等营养物质过多所致,多数富营养化水体中的控制因素为磷1,2,这是因为尽管氮、磷同为生物的重要营养物质,但藻类等水生生物对磷更为敏感,当水体中磷处于低浓度时,即使氮浓度能满足藻类等水生生物的需要,其生产能力也会大受遏制3,因此控制水体中磷的浓度对防治水体富营养化尤为重要。大量现场调查和研

5、究表明,土壤和沉积物能通过交换吸附作用从环境中富集包括磷在内的多种微量元素及其他有毒有机物,对天然水体起到一定的净化作用,是一种极好的清洁剂410。但当水体环境发生变化时,吸附在沉积物上的磷又会被释放出来造成水体的二次污染,沉积物释磷作为内输入磷源,对水域营养水平有着不容忽视的影响。土壤对水体中的磷具有强烈的吸附作用,河流堤岸土壤作为水体中沉积物的主要来源,其吸附能力对水体中磷的浓度的控制有着重要的影响。柳江河是典型的城市河流,两岸是柳州市的工业发达区和居民生活密集区,大量的生活污水直接排入河中,对河水造成了极大的污染,其中水体的富营养化是柳江河的主要污染之一,尤其是在枯水期。本文对柳江河沿岸

6、土壤和柳江河沉积物对磷的吸附和解吸动力学进行了研究。1实验部分1.1样品的采集与处理根据柳江河不同河段的污染现状和沉积物分布的特点选取了6个采样点(图1,采集样点表层沉积收稿日期:2003-10-24作者简介:田玉红(1969-,女,河北秦皇岛人,广西工学院副教授,理学硕士,在读博士.物,匀化后装入清洁的聚乙烯保鲜袋中备用。沿岸土壤采自同一位置的河堤上,取表层15c m 以下的土壤,以保证未受污染。采集到的土壤和沉积物样品经自然风干,研磨后过160 目筛网备用。图1 站位图Fig 1 sample sites图2 柳江河沿岸土壤对磷的吸附动力学曲线Fig 2 Kinetics curves o

7、f phosphate desorption fr om sediments to Liujiang River1.2 土壤/沉积物对磷的吸附动力学¹准确称取一系列的土壤/沉积物样品(0.1000?0.0002g置于干燥的具塞三角瓶中;º加入计算好的柳江河水,使其体积与再加入的溶质之和为50ml,调节体系的pH 值为7,加入磷工作溶液,使溶液中磷的初始浓度为2.0mg/L;»将三角瓶置于30e 恒温水浴中振荡,每隔一段时间取一次样过滤,测定滤液的pH 值和滤液中磷的浓度并计算吸附百分率。吸附百分率E%=100(c 0-c/c 0,其中c 0、c 分别表示溶液中初始

8、和平衡时磷的浓度,mg/L 。实验所用试剂均为分析纯,磷酸盐工作溶液(50mg/L由磷酸二氢钾配制;柳江河水取自柳江河洁净河段,过滤后使用。所有的实验均至少重复两次。#622#山东农业大学学报(自然科学版 第35卷表1 各站位土壤的吸附动力学参数Table 1 Pa rameter s of adsor ption kinetic equation of phosphate on bank soils站位Si tes动力学方程Ads orption kinetic equation 相关系数Correlation coefficient 平衡吸附量X d (eq1# 343图3 柳江河沉积物对

9、磷的解吸动力学曲线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型数字显示酸度计测定;磷的测定采用磷钼蓝法。2 结果与讨论2.1 柳江河沿岸土壤对磷的吸附动力学图2为柳江河沿岸土壤吸附磷的动力学曲线。由图可以看出,在实验条件下(T=30e ,pH=7.0?0.1,磷的初始浓度为2.0mg/l,反应刚开始时各站位土壤对磷的吸附速率很快,60min 后,吸附速度的变化则很缓慢了,直

10、至达到吸附平衡,吸附平衡时间为300min 。各站位土壤对磷的吸附能力并不相同,这可以从同一吸附时间下的吸附百分率看出。研究表明,土壤中对磷具有吸附活性的物质主要是粘土矿物、铁锰铝的水合氧化物及有机物,且不同的活性组分吸附活性不同。由于土壤取样范围较大,各站位具体情况有一定差异,就造成了吸附能力的不同。采用廖文卓、陈松等人提出的基于交换平衡的动力学模式对实验数据进行模拟,结果见表1。交换平衡动力学模式的线性方程为11:t/X d (t=t/X d (eq+B其中X d (t和X d (eq分别为时间t 和平衡时的吸附量(mg/L,B 为常数。从表1可见,各站位土壤样品的t/X d (tt 线性

11、相关性良好,吸附规律符合所用动力学方程。由表1还可以看到在相同实验条件下各站位土壤对磷的平衡吸附量X t (eq相差较大,说明各站位土壤的吸附能#623#第4期 田玉红等:柳江河沉积物和沿岸土壤对磷的吸附及解吸动力学力有一定差异。2.2 柳江河沉积物对磷的解吸以柳江河沉积物为吸附剂,进行了对磷的吸附实验,结果发现,在同样实验条件下(T=30e ,pH=7.0?0.1,磷的初始浓度为2.0mg/l,柳江河沉积物出现了释磷现象,结果见图3。由于柳江河中的沉积物已经吸附了一定数量的磷,因此实验条件下,柳江河沉积物非但没有吸附磷,而且出现了磷的解吸现象,吸附动力学曲线表现为负吸附。由图3可见,沉积物对

12、磷的解吸是非常迅速的,在10min 即达到解吸最大值,但以后随着实验的进行,沉积物对磷又有一定的吸附作用,吸附百分率又有一定的回升。这在6#站位上最为明显,吸附刚开始时,沉积物上磷的先解吸下来表现为负吸附,随着吸附的进行解吸下来的磷又重新被沉积物吸附,而且溶液中的磷也被吸附而成为正吸附。由于各站位沉积物的污染情况不同,对磷的释放量相差较大。3 小结综上所述,我们可以得到如下结论:(1在实验条件下,柳江河沿岸土壤对磷具有较快的吸附速率,吸附规律符合交换平衡动力学方程:t/X d (t=t/X d (eq+B 。(2在同一实验条件下,柳江河沉积物出现了释磷现象。磷的解吸速度很快,由于各站位沉积物的污染情况不同,对磷的释放量相差较大。参考文献:132邵林广,游映玖,陶惠芳等.控磷除磷在水体富营养化控制中的作用1J 2.环境与开发,1999,14(2:19-20162田玉红.南海表层沉积物吸附等温线的定量处理1J 2.海洋科学,2000,24(1:7-9172田玉红.南沙群岛海区表层沉积物吸附铜离子的实验研究1J 2.热带海洋,1999,18(4:69-74182林荣根,吴景阳.黄河口沉积物对磷酸盐的吸附与释放1J 2.海洋学报,1994,16(4:31-341102Albert A Koelans.Sorpti on of 1,2,3,