泥沙表面特性及其对磷吸附的影响.pdf

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1、泥沙研究2011年12月JournalofSedimentResearch第6期泥沙表面特性及其对磷吸附的影响肖洋，陆奇，成浩科，朱小连，唐洪武(1．河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210098；2．河海大学水利水电学院，江苏南京210098；3．水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，江苏南京210098)摘要：泥沙颗粒的表面特性是影响泥沙吸附污染物的重要因素之一。首先采用筛分和吸管法将混合泥沙分成了4个粒径组(粘粒和细粉沙组D1、中粗粉沙组D2、砂粒组D3和D4)，并通

2、过化学萃取法去除泥沙颗粒上的氧化物和有机物质等活性组分，而后研究了不同粒径清洗沙样的比表面积、孔体积变化及不同粒径下泥沙平衡吸附量的研究。结果表明泥沙的中值粒径与比表面积呈指数关系，当粒径减小到粘粒或细粉沙时，比表面积显著增大。在各个水相初始磷浓度下，泥沙对磷的平衡吸附量随着泥沙粒径的增大而减小，且存在最大吸附量。关键词：泥沙颗粒；比表面积；磷；吸附中图分类号：TV149．1文献标识码：A文章编号：0468—155X(2011)06-0064-05磷作为河湖富营养化的主要污染物之一，在水体中的迁移转

3、化规律与泥沙密切相关，一方面，磷进入水体后大多数被泥沙颗粒吸附，泥沙成为磷的主要载体和归宿，同时，在变化的河湖水动力条件下，通过泥沙的再悬浮，磷被重新释放到水体中，产生二次污染(内源污染)。泥沙对磷的吸附过程主要发生在泥沙颗粒表面，泥沙由于来源、粒径的不同，表面特性各异，对磷的作用、影响也不同。因此，要想正确理解泥沙对磷的吸附过程，必须考虑泥沙的表面特性。前人研究表明，天然泥沙一般由矿物成分、化学成分和有机质等组成一，各种成分均会对吸附产生不同的影响，同时，泥沙的表面是不规则和粗糙的，泥沙内部存在着

4、各种尺度的空隙，泥沙粒径越小，比表面积越大，所含的活性物质越多，对污染物的吸附量也越大，上述研究初步建立了对泥沙表面特性的定性认识。泥沙吸附污染物后，空隙被污染物大量填充，比表面积、孑L体积减小，去除悬浮颗粒表面的有机物后，颗粒大小也会发生一定的变化，这些因素使得天然泥沙的表面特性十分复杂，给进一步描述泥沙表面特性带来了困难。由文献[3]中黄河泥沙的矿物组成可看出，黄河中游泥沙的矿物组成类似黄河中游的黄土，沿程变化较小，由此推测去除泥沙的有机物和氧化物后，泥沙的表面特性应比较稳定，同时，矿物组成作为

5、有机物、氧化物等活性组分的机械基质，不仅本身具有较强的吸附作用，而且对有机物和氧化物在泥沙表面的吸持具有显著的影响。因此，定量研究去除有机物和氧化物的不同粒径泥沙表面特性变化可为进一步研究泥沙不同组分下表面特性的变化及其对磷的吸附行为提供基本数据和方法支持。本文在对泥沙进行分级、去除有机物和氧化物的基础上，研究了不同粒径下泥沙表面特性变化，并用等温吸附方程对泥沙的平衡吸附过程进行模拟，为研究泥沙与污染物的相互作用机理提供依据。1材料和方法1．1样品采集和分级收稿日期：2011-07-06基金项目：国

6、家科技支撑计划课题九(2008BAB29B09)；教育部博士点新教师基金(200802941027)；国家自然科学基金资助项目(51179055、50879020)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(2009B07614)；国家重点实验室专项经费资助项目(2010585512)作者简介：肖洋(1974一)，男，贵州铜仁人，博士，副教授，主要从事水力学及河流动力学研究E-mail：sediment—lab@hhu．edu．cn64在长江南通河段边滩上采集表层以下5cm的床沙样品，共采集3个平行样品，

7、混合均匀后冷藏保存。使用振动筛将烘干研碎的沙样粗分为0～631xm、63～921xm、92～125m三个粒径组，对63～921~m、92～125I~m两组采用吸管法提纯，分别去除粒径大于901xm和1201xm的泥沙颗粒，并采用该方法将0—63m粒径组分为0～301xm和30～601~m两个粒径组。将泥沙逐级分离后，经LS13320型全自动激光粒度分析仪分析，若该粒径组泥沙重量未达到整个沙样重量的80％，则继续分离操作，直至满足要求；若该粒径组泥沙重量达到整个沙样重量的80％以上，则样品分离结果满足

8、要求，置于烧杯中，以待清洗。1．2泥沙的清洗天然状态下的泥沙颗粒常含有有机质和吸附着大量的化学离子，使得泥沙的表面特性会发生变化。。’，因此，为了得到较为稳定的泥沙颗粒表面特性，采用化学萃取法分别去除氧化物和有机物质，天然泥沙经清洗过后仍可能有少量的磷素存在于泥沙颗粒表面的孑L隙中，为了消除这部分磷素对实验结果的影响，用钼锑抗分光光度法¨u-测量出干净泥沙磷背景值。1．3泥沙的表面特性测量采用LS13320型全自动激光粒度分析仪测量清洗后各组泥沙粒径分布，使用Jw—B