氨氮在非正规垃圾填埋场地包气带中吸附／解吸行为的研究

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1、氨氮在非正规垃圾填埋场地包气带中吸附/解吸行为的研究摘要：垃圾填埋场对包气带和地下水造成严重的污染，氨氮是其中一种特征污染组分。文章考察了包气带介质对氨氮的吸附/解吸行为，进行了静态吸附实验、动态吸附实验和解吸实验。结果表明，中砂介质对氨氮的吸附符合Langmuir吸附等温式，饱和吸附量为0.492mg/go不同粒径对氨氮的吸附存在一定影响，细砂的饱和吸附量大于屮砂。动态吸附实验得到的吸附量为0.129mg/g,小于静态实验饱和吸附量。氨氮的解吸为吸附的不完全可逆过程，吸附的氨氮不能完全解吸出来。关键词：氨氮包气带吸附等温线动态吸附吸附量解吸量1•引言垃圾填埋场，特别是非正规垃

2、圾填埋场冃前已经成为浅层地下水的主要污染源Z-O垃圾屮含有大量的可溶盐、重金属和其它不易分解或不易降解的有毒有害物质，其对土层和地下水的污染是长期的［1］。吸附在垃圾场下部包气带中的污染物，如氨氮等，由于降水下渗、地下水位抬升或季节性波动等原因从包气带介质中解吸下来并渗入含水层中，将会给地下水质量造成威胁。而地下水的污染具有复杂性、隐蔽性和难以恢复等特点，一旦受到污染，其恢复和净化过程相当漫长，在以后很长时间内将不能作为饮用水源，而且其处理技术难度大，治理费用昂贵。以北天堂垃圾填埋场为例，包气带吸附的氨氮成为地下水潜在的长期污染源。研究区地处于渗透性良好的北京西部地区，为废弃沙

3、坑未经处理直接作为垃圾填埋场投入使用，下部沉积地层以中砂、含卵砾石砂层和卵砾石层为主，垃圾填埋前挖沙破坏了表层砂质粉土的防护层，减弱了包气带对氨氮的净化机制，防污性能较丼，增大了氨氮污染含水层危险性。氨氮在包气带和地下水的迁移转化过程主要包括吸附/解吸、挥发、硝化作用和反硝化作用等过程，吸附/解吸作用是氨氮在地下水土屮迁移转化的重耍过程之一。不同性质的土壤或包气带介质对氨氮的吸附/解吸行为是不同的，其吸附行为表征了包气带的保护性能，同时其解吸行为说明了其污染地下水的可能性，因此对非正规垃圾填埋场包气带介质进行吸附/解吸研究非常必耍。通过对包气带中氨氮的吸附/解吸行为进行研究，可

4、以评价场地污染的潜在威胁，并II有助于评价去除包气带高浓度氨氮污染的方法，对于减轻非正规垃圾填埋场地屮氨氮对包气带和地下水的污染具有重要意义。土壤是一个非常复杂的体系，存在着多种物理化学反应，在包气带中氨氮的浓度基本遵循自上而下递减规律，其吸附量和递减速率与包气带介质的性质和包气带结构有关。土壤对氨氮的吸附和解吸主要受溶质浓度、土壤粒度、pH值、温度和土壤屮共存离子等影响。同一包气带介质，随NH4+・N质量浓度的增加，达到吸附平衡时NH4+的吸附量、平衡浓度和吸附速度增加，而达到吸附平衡的时间和所消耗的注入液量减少［2］。粒度对吸附的影响体现在颗粒越小，比表面积越大，吸附能力越

5、强［3〜5］。pH值影响氨氮水解进行方向，降低pH值可增强H+对吸附点位的竞争能力，增大吸附表面电荷，从而减小吸附介质对氨氮的吸附［5〜7］；吸附行为多为放热过程，氨氮也不例外，因此升温将减少氨氮吸附量［8〜9］。土壤中的共存离子邙口离子)可能与NH4+发生交换吸附，从而减弱土壤对氨氮的吸附能力［10］o本文通过以下实验对木试验区的包气带介质氨氮吸附/解吸行为进行研究。2.静态吸附实验根据实际场地调研及取样分析，实验介质选用与研究区包气带介质成分相近的中砂及场地表层细砂。采用中砂介质，对固液比1：10体系的平衡时间进行确定，绘制等温吸附曲线，利用Langmuir吸附模型对曲线进

6、行拟合，对介质的吸附性质进行描述。在本体系中，初始液相浓度选取1()、20、100、200、400、800和1500mg/1,尽管变化范围较大，基本都在前五分钟达到吸附平衡。在开始震荡一个小吋之内的溶液整体浓度变化不大，除个别异常点外前后每隔5分钟测定浓度变化幅度均低于5%,随着时间的增加，经过900分钟、1440分钟，液相平衡浓度越來越稳定，而后的变化幅度越來越低，均小于l%o以上表明此体系的吸附速率较快，在固液接触的前1・3分钟内，吸附与解吸速率基木达到平衡，但仍有波动，随着时间的逐渐增加，体系也越來越稳定。根据平衡浓度绘制等温吸附曲线，在本实验中利用为Langmuir吸附

7、模型对曲线进行拟合。模型固液比模型公式R2拟合公式Langmuir1：10G=KC/(1+mC)0.98681/G=526.89/C*+2.0298相关系数R2=0.9868,表明本实验中砂对氨氮的吸附/解吸规律比较符合Langmuir吸附模型。(也利用Freundlich吸附模型进行拟合，R2=0.978,呈显著性相关关系，但没有Langmuir吸附模型吻合。)土壤对氨氮的吸附存在最大吸附容量，即当达到最大吸附容量后，即使增大液相浓度，也无法增大土壤对氨氮的吸附。在不同条件体系中，最人吸附