不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学_徐轶群
西辽河不同粒级沉积物对磷的吸附特征
西辽河不同粒级沉积物对磷的吸附特征王而力;王嗣淇【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2012(032)006【摘要】采用平衡吸附法研究了西辽河不同粒级沉积物对磷的吸附特征.结果表明,不同粒级沉积物对磷的吸附特征均符合Langmuir吸附等温式和Freundlich吸附等温式；黏粒级和粉粒级的磷饱和吸附量较大,分别为3791.12,2323.33mg/kg,分别相当于粗砂的6.68和4.09倍；黏粒级和粉粒级沉积物吸附的磷是磷素循环的重要组成部分,西辽河冲泻质泥沙黏粒和粉粒所携载的吸附态磷的理论入海通量分别为3791.12,2323.33mg/kg冲泻质泥沙.占沉积物磷吸附总量的28.30％.沉积物对磷的比表面积标化吸附分配系数与松结态腐殖质相关性最大,比表面积标化饱和吸附量与稳结态腐殖质相关性最大,在稳结态和紧结态腐殖质所形成的团聚体结构沉积物中存在孔隙填充方式的磷吸附.【总页数】8页(P1054-1061)【作者】王而力;王嗣淇【作者单位】辽宁工程技术大学环境科学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学环境科学与工程学院,辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】X131.2【相关文献】1.西辽河不同粒级沉积物的氨氮吸附-解吸特征 [J], 王而力;王雅迪;王嗣淇2.沉积物不同有机矿质复合体对磷的吸附特征影响 [J], 王而力;王嗣淇;江明选3.西辽河沉积物中不同粒径微团聚体磷的解吸特征 [J], 王而力;王嗣淇;王道涵4.江西省不同营养类型湖泊底泥沉积物对磷的等温吸附特征 [J], 李铭敏;杨银;丰桂珍;刘路明;江立文5.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 [J], 吕昌伟;孟婷婷;张细燕;崔萌;万丽丽;何江;白帆;杨旭因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学
第11卷第2期扬州大学学报(自然科学版)V o l.11N o.2 2008年5月Journal of Yangzhou U niversity(N atural Science Editi on)M ay2008不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学徐轶群1,23,赵秀兰2(1.扬州大学环境科学与工程学院,江苏扬州225009;2.西南大学资源环境学院,重庆400716)摘 要:采用同一湖泊沉积物的新鲜样品进行试验,探讨不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学.结果表明:随着有机质含量的增加,湖泊沉积物对磷的最大吸附量有增大的趋势,对磷的吸附作用主要受有机质、全铁、全镁及粘粒含量的影响;对磷的吸附速率随沉积物粘粒量、全铁量的增加而加快,有机质的含量也对磷的吸附速率产生一定影响;比较不同基质沉积物对磷吸附的一级动力学方程、抛物线扩散方程、双常数方程和E lovich方程的拟合情况,其中抛物线扩散方程拟合稍差,E lovich方程为最优拟合模型.关键词:湖泊沉积物;磷;吸附动力学中图分类号:X13113 文献标识码:A 文章编号:1007-824X(2008)02-0070-04水体富营养化是当今世界面临的严重环境问题之一,危害极大,许多国家投入大量资金予以研究和治理.我国也把滇池、太湖和巢湖作为治理的重点,尽管采取了各种措施如减少水体外源磷的输入等,但水体富营养化问题仍未得到有效控制,湖泊水体沉积物(底泥)可向水体持续释放营养物质,特别是磷.[122]因此,探讨沉积物对磷的吸附与释放特性成为问题的关键.目前,土壤对磷的吸附动力学已有较多研究.[325]虽然湖泊沉积物的许多特性与土壤极其相似,但因其和水体的长期相互作用,对磷的吸附与土壤有显著差异,因此有必要对湖泊沉积物吸附磷的规律展开进一步研究.近年来,吸附动力学方法越来越引起人们的重视,因为该方法能够揭示沉积物吸附磷的机制.[6]由于直接采用沉积物新鲜样品研究工作量太大,故以往一般以沉积物的风干样品作为试验对象.事实证明,沉积物在其风干过程中理化性质发生了较大变化,不能真实反映沉积物的各项性质及其对磷的吸附.为此,本研究拟采用同一湖泊沉积物的新鲜样品进行试验,以揭示不同基质沉积物对磷的吸附规律.1 材料与方法111 实验材料沉积物样品采自重庆市龙水湖,选定6个有代表性的采样点,其中1#:马家坝,集水区为农作物耕作区;2#:锅底涵;3#:上坝埂;4#:斑竹园,为两水系交汇处;5#:胡家沟;6#:码头,距岸20m左右,为风景区游船停泊处.用挖掘式采样器采集样点表层0～10c m的沉积物,重复3次,弃去其中石块、动植物残体、塑料等杂物,运回实验室备用.沉积物理化性质见表1.112 实验方法1)吸附实验.称取适量沉积物新鲜样品(折合风干样约1g)于离心管中,按m(水)∶m(土)= 25∶1,以0101m o l・L-1KC l溶液为支持电解质,1#,6#样品添加磷的质量浓度分别为0,32,40,48, 60,72,80,100m g・L-1,其他样品添加磷的质量浓度分别为0,16,20,24,30,36,40,50m g・L-1;在25℃左右振荡,24h达平衡后离心15m in(5000r・m in-1);上清液经0145Λm纤维滤膜过滤后用钼-锑-抗比色法测定溶解性磷酸盐.收稿日期:2007-11-09基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(2004);重庆市“十五”科技攻关项目(2004)3联系人,E2m ail:qunxyq@表1 沉积物理化性质及其对磷的吸附3Tab .1 Physicoche m ical character istics and sorption of phosphorus i n differen t sedi m en ts 3 m g ・kg -1样品w (粘粒)(%)w (有机质)w (活性铁)w (活性铝)w (全铁)w (全锰)w (全钙)w (全镁)w (全磷)S m axf (%)1#611923585010931.01774432174261138528957571.02500782#46111281208065181137324273331329455412327151111663#331472779180041893128718438112549505930417526504#621953059212897.01927475115191335636914457191250855#5917035180924518141840436433.031405005444131429776#6416836454995818153244650383122991788654618250076 3S m ax :对磷的最大吸附量;f :对磷的吸持率2)解吸实验.沉积物残留物的解吸实验于吸附实验后立即进行,残留物中分别加入25mL 0101m o l ・L -1KC l 溶液,25℃左右振荡24h ,部分吸附的磷被解吸出来,测定解吸磷(经过离心,上清液过0145Λm 纤维滤膜后用钼-锑-抗比色法测定溶解性磷酸盐)[7].吸附和释放磷的差值可认为是沉积物对磷的稳定持有量,称可吸持磷.[8]沉积物对磷的吸持率f 为可吸持磷与初始吸附磷的比值.3)吸附动力学实验.称取适量沉积物(折合风干样约1g )于离心管中,按m (水)∶m (土)=25∶1,加入15mL 50m g ・L -1磷溶液和10mL 0101m o l ・L -1KC l 溶液,使沉积物溶液中磷的质量浓度为30m g ・L -1,在25℃左右振荡,分别于5,15m in 及015,1,3,5,8,12,16,24h 取样,离心过滤,用钼-锑-抗比色法测定溶解性磷酸盐.2 结果与讨论211 沉积物基质组成对磷吸附动力学的影响表2 沉积物对磷的最大吸附量、吸持率与影响因素的相关性Tab.2 Correlation coeff ic ien ts am ong sorption max i m u m ,reten tion capac ity and effect factors i n sedi m en t影响因素w (有机质)w (活性铁-铝)w (全铁)w (全锰)w (全钙)w (全镁)w (粘粒)S m ax 018803301571 01767301040016330191333017973f01628018443019463301356018093015520195733 3P <0.05;33P<0.01 由表1可知,湖泊沉积物的基质组成不同时,其对磷的吸附量是不同的,对磷的吸持率也有较大差异.将沉积物对磷的吸附特征与其性质进行相关分析,结果如表2所示.由表2可见,沉积物对磷的最大吸附量S m ax 与有机质、全镁的相关性达到极显著的水平,与全铁及粘粒的相关性也较显著,但与活性铁-铝、钙和锰的相关性不显著,表明沉积物对磷的吸附作用主要受有机质、全铁、全镁及粘粒含量的影响.有机质由具有多种官能团的分子构成,这些官能团可为磷的吸附提供位点.[9210]而粘粒的比表面积较大,有利于磷的吸附.沉积物全镁的量与其对磷的最大吸附量有极显著的相关性尚未见报道,其影响机理还有待进一步探讨.通过分析不同基质沉积物对磷的吸持率发现,该湖泊沉积物对磷的吸持率受其中粘粒、全铁含量影响较大,达到极显著的水平.同时,沉积物中钙的量也对磷的吸持率有显著影响.212 沉积物对磷的吸附速率与其基质的关系和土壤对磷的吸附一样,湖泊沉积物对磷的吸附大体分为3个阶段[11212],见图1.在最初的60m in ,沉积物对磷的吸附速率很快,即第1阶段为快速吸附阶段,吸附量随时间的增加迅速提高,大部分的磷在此阶段被吸附,如1#,6#样品有85%左右被吸附,而2#,4#,5#样品达70%左右,吸附能力最差的3#样品也达到50%左右.第2阶段为中速吸附阶段,约需4h ,经过这一阶段,吸附量的85%左右将完成,有的甚至达95%以上,如1#,4#,6#样品.第3阶段为慢速吸附阶段,这一阶段经历时间较长.17第2期徐轶群等:不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学图1 不同样品沉积物对磷吸附的动力学趋势F ig .1 Trend of adsorption dynam icsfro m differen t sedi m en ts沉积物的初期吸附阶段决定其对磷的吸附速率及量的多少,将初期阶段的吸附速率与沉积物性质进行相关分析发现,初期阶段沉积物对磷的吸附速率与粘粒量、全铁量的相关性达到极显著水平,相关系数r 分别为0196,0195;与有机质的相关性也较显著,相关系数r 达到0182.213 吸附动力学方程的比较本研究比较了不同基质沉积物对磷吸附的一级动力学方程(first 2o rder equati on ),抛物线扩散方程(parabo lic diffu si on equati on ),双常数方程(tw o 2con stan t rateequati on )和E lovich 方程的拟合情况[13],结果见表3.由表3可知,4个方程均能较好地拟合沉积物对磷的吸附动力学过程,其中大多数以E lovich 方程拟合效果较好.为了找出最优拟合模型,在考虑相关系数r 的同时,引进标准误差S e 来判定,即r 愈大,S e 愈小,拟合效果愈好.S e =∑(q -q ′)2(n -2),式中q ,q ′及n 分别为吸附表3 不同沉积物对磷吸附的动力学数学模型拟合(r )Tab .3 F itti ng of dynam ics m odels i n differen t sedi m en ts (r )样品一级动力学方程抛物线扩散方程E lovich 方程双常数方程1#019730184501958019372#019860195801989019893#019770197201977019894#019740191901985019735#019760194801992019886#01962018630196801949或解吸量的测定值、计算值及测定次数.由于抛物线扩散方程相对于其他动力学方程的拟合稍差,故笔者在比较标准误差时,选择其他3个方程中拟合相关系数较大的进行计算比较,结果如表4所示.由表4可见,除3#样品外,其他样品沉积物吸附磷的动力学拟合方程的标准误差S e 以E lovich 方程最低,表明E lovich表4 不同沉积物吸附磷的动力学方程拟合的标准误差(S e )Tab.4 St andard error of f itti ng i n differen t dynam ics equation (S e )样品一级动力学方程E lovich 方程双常数方程1#40196271052#2416613115131363#1918324124211694#36156221585#3912716170231646#5015624157方程为最优模型.同时,通过研究发现,一级动力学方程拟合的标准误差有随着样品对磷的最大吸附量减小而降低的趋势,这在一定程度上说明一级动力学方程更适用于对磷的最大吸附量较小的沉积物或土壤的吸附动力学模拟.参考文献:[1] SALLAD E Y E ,S I M S J T .Pho spho rus transfo r m ati onsin the sedi m ents of D elaw are ’s agricultural drainage w ays :pho rpho rus fo r m s and so rp ti on [J ].J Environ Q ual ,1997,26(6):157121579.[2] 袁旭音,陈 骏,陶于祥,等.太湖北部底泥中氮、磷的空间变化和环境意义[J ].地球化学,2002,31(4):3212328.[3] 王彩虹,牛晓军,周兴求,等.不同pH 条件下沉积磷释放到水体中化学行为的模拟研究[J ].四川环境,2006,26(1):20222.[4] 田玉红,刘正西.柳江河沉积物和沿岸土壤对磷的吸附及解吸动力学[J ].山东农业大学学报:自然科学版,2004,35(4):6212624.27扬州大学学报(自然科学版)第11卷[5] 高超,张桃林,关蔚东.不同利用方式下农田土壤对磷的吸持与解吸特征[J ].环境科学,2001,22(4):67271.[6] 晋 艳,尉庆丰.土壤基质组成与磷吸附动力学的关系[J ].土壤通报,1994,25(2):74277.[7] RUBAN V ,LO PEZ 2SAN CH EZ J F ,PA RDO P ,et al .H ar monized p ro toco l and certified reference m aterial fo rthe deter m inati on of extractable contents of pho spho rus in freshw ater sedi m ents :a synthesis of recent w o rk s [J ].F 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i m en tsXU Y i 2qun1,23,ZHAO X iu 2lan 2(1.Sch of Environ Sci &Engin ,Yangzhou U niv ,Yangzhou 225009,Ch ina ;2.Sch of R esour &Environ ,X inan U niv ,Chongqing 400716,Ch ina )Abstract :T he adso rp ti on k inetics of pho sp ho ru s in differen t com po siti on of lake sedi m en ts w ere studied .T he conclu si on s are as fo llow s .T he m o re o rgan ic m ater in sedi m en t is ,the h igher p ho sp ho ru s so rp ti on m ax i m a w ill be .Facto rs affecting pho spho ru s so rp ti on include OM ,to tal 2Fe ,to tal 2M g and clay con ten t .So rp ti on rate of pho sp hate on sedi m en t are i m p roved w ith the increase of clay con ten t and to tal 2Fe .OM of sedi m en t also affects so rp ti on rate of pho sphate .E lovich equati on is the best one am ong the fitted m odel equati on s and p arabo lic diffu si on equati on is the w o rst .T he o ther tw o m odels (first 2o rder equati on and tw o 2con stan t rate equati on )are betw een the above tw o .Keywords :sedi m en ts ;pho spho ru s ;adso rp ti on k inetics(责任编辑 时 光)37第2期徐轶群等:不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学。
天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征
天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征引言：天鹅湖是一个美丽的风景区，吸引着众多游客前来游玩。
然而，由于人为活动和自然因素，湖泊经常受到磷的污染，影响生态环境。
因此，了解天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征是十分重要的。
正文：一、天鹅湖沉积物吸附磷的动力学天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学是指磷在沉积物中的吸附速度和吸附量随时间的变化。
研究表明，随着吸附时间的延长，天鹅湖沉积物中的磷吸附速率逐渐减缓，直至达到平衡。
其吸附速率和吸附量的图像呈现出典型的“S”型曲线，这说明天鹅湖沉积物对磷具有较高的吸附性能。
二、天鹅湖沉积物等温吸附特征天鹅湖沉积物等温吸附特征是指在一定温度下，沉积物对磷的吸附量与磷浓度关系的曲线。
Gibbs等温吸附曲线的研究表明，天鹅湖沉积物的吸附磷能力与磷的初始浓度有关。
当磷浓度很低时，天鹅湖沉积物的吸附能力很弱，其吸附曲线呈现出菜单型态。
然而，当磷浓度达到一定值时，曲线呈现“倒U”型态，这表明天鹅湖沉积物的磷吸附能力达到了最大值。
结论：天鹅湖沉积物对磷具有较高的吸附性能，其吸附能力与磷的初始浓度呈现出“倒U”型态。
这些发现对于保护湖泊生态环境，预防磷污染，具有重要的实际应用价值。
总结：磷污染是困扰湖泊生态环境的一个严重问题，因此研究湖泊沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征具有重要的价值。
天鹅湖作为一个著名的旅游景点，通过研究其沉积物的吸附特性，不仅能为湖泊生态环境的保护提供参考，还将有助于加强人们对自然生态环境保护的意识。
河流泥沙与磷作用模拟研究
河流泥沙与磷作用模拟研究禹雪中1彭期冬1廖文根1吕平毓2张士君21中国水利水电科学研究院，北京，1000382 长江上游水环境监测中心，重庆，310065)摘要：本文通过对河流泥沙运动以及泥沙吸附解吸作用对磷营养盐交换转化影响的分析，推导建立了描述河流吸附态磷和溶解态磷输移转化的基本方程，与一维河流泥沙数学模型联立构成河流泥沙与磷作用的数学模型。
河流泥沙冲淤过程中底泥与水体磷的交换量可以表示为泥沙冲淤量与与冲淤泥沙和悬沙吸附量差值的乘积，吸附解吸影响可以通过动力学方程进行描述。
通过三峡河段原状水沙的实验，确定了泥沙吸附磷的计算模式和参数。
临界平衡磷浓度可以作为发生吸附或者解吸的判断条件，吸附解吸动力学实验确定了吸附动力学方程的参数。
根据三峡地区实测数据，对模型进行了验证。
关键词：河流泥沙运动吸附解吸磷数学模型1 前言水环境系统中，泥沙与水流共同成为污染物的主要载体，共同影响着污染物在水体中的迁移转化过程，从而最终影响着水体的生态环境条件。
其中，泥沙运动状态和吸持特征的变化显著影响着污染物的迁移转化过程，这种作用可以称为泥沙的环境作用[1-2]。
水体中溶解态磷含量是湖泊、水库和缓流河流等水体发生富营养化的限制条件，并且相对于其他营养物质，磷与泥沙具有更强的结合能力[2]，因此泥沙运动过程及吸附解吸过程对水环境中磷营养盐的演化具有十分重要的影响。
关于湖泊沉积物对水体磷的影响进行了充分的研究，主要包括实验或者实体条件下湖泊沉积物营养盐释放的研究[3-5]、采用泥沙动力学方法对湖泊沉积物再悬浮条件下磷营养盐变化进行的模拟研究[6]。
河流泥沙与磷营养盐环境作用方面，通过实验和观测在水库、河流及河口研究了厌氧-好氧条件对泥沙吸附、释放磷的影响[7-9]，也有研究者建立数学模型对泥沙冲淤过程中河床与水体磷的交换、泥沙吸附磷作用进行了模拟[10]。
实际上，底泥磷在冲淤过程中的输移转化现象在冲积河流上广泛存在，据对黄河三角洲7座9-26年不同库龄水库的调查发现，随着库龄的增加，底泥中沉积的总磷含量显著增加[11]。
黄河中下游沉积物对磷酸盐的吸附动力学研究
黄 河 中下游 沉 积 物 对磷 酸 盐 的 吸 附 动 力学 研 究
李北罡，马钦，刘培怡
内蒙 古师 范大学 化学 与环境 科 学学 院 ，内蒙古 呼和 浩特 ０ ０２ １０ ２
摘要 ： 研究 了黄河 中下游 ｌ 个不 同表层沉积物在黄河水体中对磷 酸盐 （ 的吸 附动力学及其影响 因素和吸附机理。 Ｏ Ｐ ） 结果表 明 ：
烯塑 料管 中 ，再分别 加 入一定 质 量浓度 的 Ｋ Ｐ ４ Ｈ２Ｏ 黄河水 标准 溶液 ５ ０ｍＬ，在（５ １ ２￣ ）℃下 震荡 不 同时
间后 ，离心 并用 ０４ ｍ 滤膜 抽滤 ，钼 锑抗 分光光 ．５ｇ
度 法 测 定上 清 液 中 活性 磷 酸 盐含 量 （ 平 衡 质量 浓 Ｐ 度 ） 同时做 空 白实验 。根据 吸 附前 后溶 液 中 Ｐ的起 ， 始 质 量浓度 和平 衡质 量浓度 之差 ，扣 除空 白，计算
生 态 环境 学 报 ２ １ ，９８： ９ １１０ ０ ０ ｌ（） １０ —９５
Ｅ ｏｏｗ ｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌ ｃｅ ｃ ｓ ｃ ｌｋ ａ ｄＥ ｖｒ ｎ ｎａ ｉｎ ｅ Ｓ
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Ｅ ｍａｌｅ ｉ ｒ ｅ ｓｉ ｏ — ｉ： ｄｔ （ ｅｃ． ｍ ｏ ￣ｉ ｃ
（１ 同黄河沉积物对 Ｐ的吸附能力各不相同 ， 吸附量 随时 间的变化具有相同的变化趋 势 ，吸附速率均在前 ８ｈ内较快 ，以 １ 不 但
后逐渐趋缓 ，在 ４ ８ｈ时基本达到吸附平 衡。不同黄河沉积物对 Ｐ的吸附量均 随 Ｐ初始质量浓度的增 加而增 大，随沉积物含
量增 大而减 小 ；（） 同沉积 物在不 同 Ｐ 初 始质量 浓度 下对 Ｐ 的吸 附动 力学均 符合 Ｌ ｇ ｒｒｎ 二级 吸附动力 学模 型及 ２不 ａ ｅｇｅ
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
2 材料与方法
2.1 样品采集 于 2009 年 8 月对乌梁素海（WLSH）、岱海（DH）
进行沉积物样品采集，依据 《湖泊生态系统观测方 法》，针对各湖泊现有水域面积及湖泊生态系统类型 设置采样点（图1）。表层沉积物视湖泊深度分别用挪 威 Swedaq 公司产 KC mod A och B 型无扰动采样器 或荷兰 Eijkelkamp 公司产 SA Beeker 型沉积物原状 采样器采集；沉积物样品装入封口聚乙烯塑料袋后冷 藏保存，回实验室于-24 ℃冷冻保存。 2.2 实验方法 2.2.1 吸附动力学实验
磷在天然水体颗粒物、土壤及沉积物上的吸附-
收稿日期： 基金项目：国家自然科学基金项目（41003049）；内蒙古自然科学基金
项目 （2009BS0601）；“国家大学生创新性实验计划”项目 （20081012614） 作者简介：吕昌伟（1979—），博士，副教授，研究方向为环境地球化学 和污染生态学。E-mail：lcw2008@
本研究中磷的形态分析按照李悦[18]、朱广伟[19]等 及 Ruttenberg[20]提出的沉积物中磷的连续提取方法进 行。数据处理软件为 Excel 2003 和 SPSS 16.0。
农业环境科学学报
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水-沉积物界面释放至上覆水中，成为湖泊生态系统 的重要营养源[2]，加大富营养化的发生风险[3-4]。目前， 国内外学者在磷的形态分布[5-7]、吸附行为及其影响因 素[8-9]等方面开展了大量工作。但以往研究注重于沉积 物磷的形态分布，采用 Henry、Langmuir 和 Freundlich 等模型描述颗粒物对磷的吸附行为[10-13]，忽略了沉积 物自身吸持的可解吸磷[14-15]及吸附磷在沉积物中的形 态再分布问题。本研究以乌梁素海和岱海沉积物为吸 附剂，开展了 2 个湖泊沉积物对磷的吸附特征研究， 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，并厘定了吸附磷的形态再分布特 征，可为揭示水环境中磷的吸附/解吸机制，评价沉积 物内源释放风险，以及判识吸附磷再循环能力积累基 础数据，对深入探讨湖泊富营养化发生与控制机制及 内源负荷治理具有重要的参考价值。
西辽河不同粒级沉积物对磷的吸附特征
海 洋 环境 中磷 素营 养 盐重 要 的源 和汇 ， 地球 化 地 向水 体流 失过 程 中，６ ７ ％左 右 是 以颗 粒 态 在 ２ ％～ ５ 学循 环 中具 有特 殊 的作 用 ． 究 ［４ 明， 研 １１ －表 活性 磷 形 式流 失 的【 长江 下游 氮 、磷 含量 变 化及 其 输 １ ． 酸 盐 与 无机 氮 已成 渤 海 主要 污染 物质 ， 岸海 域 送 含 量 以及 向河 口输送 的研 究对 全 辽 河 区． 研 究［ １表 明， 表径 流 中与泥 沙 结 球 海 陆相 互 作 用 计￣ （ ＯＩ Ｚ 以及 我 国近 海 赤 合 的 吸附 态磷 浓度 远 大 于溶 解 态磷 的 浓度 ， 附 ０Ｌ Ｃ ） 吸 潮 的控 制 有着 重要 的意 义． 沉积 物是 河流 、湖 泊 、 态磷 是磷 流 失 的主要 形态 ． 有研 究 表 明， 从 陆 还 磷
ｐ ｏ ｐ ｏ ｓｃ ｃ ｉｇ ｅ ｔａ ｃ ｕ ｒ ７ ． ２ ／ ｇ ａ ｄ ２ ２ ．３ ／ ｇ ａ ｓ ｒ ｅ ｈ ｓ ｈ ｒ ｓｐ ｒｋ ｌ ｇ ａ ｓ ｓ ｅ ｄ ｓｌ ｈ ｓ ｈ ｒ ｙ ｌ ， ｎ ｒ ｎ ｅ ｆ ｘ ｗｅｅ ３ ９１１ ｍｇ ｋ ｎ ３ ３ ３ ｍｇｋ ｄ ｏ ｂ ｄ ｐ ｏ ｐ ｏ ｕ ｅ ｉ ｒ ｍ ｕ ｐ ｎ ｉ ｕ ｎ ｌ ｏ ｔ
湖泊沉积物对磷的释放与吸附研究
湖泊沉积物对磷的释放与吸附研究袁建;夏晨光;胡俊俊;孙进【摘要】研究了洞庭湖和太湖沉积物磷的释放、吸附动力学和吸附等温线,结果表明洞庭湖沉积物释磷量大于太湖,这与洞庭湖沉积物具有更多的铁结合态磷(Fe-P)、弱吸附态磷(Ads-P)和有机磷(Org-P)有关.沉积物对磷的吸附等温线符合Langmuir方程;洞庭湖沉积物的最大吸附量与最大缓冲容量均大于太湖,平衡吸附系数小于太湖沉积物;沉积物对磷的吸附动力学符合Elovich方程,且在12h内基本上达到动态平衡.【期刊名称】《世界核地质科学》【年(卷),期】2014(031)003【总页数】4页(P553-556)【关键词】沉积物;磷;吸附;释放【作者】袁建;夏晨光;胡俊俊;孙进【作者单位】核工业北京地质研究院,北京100029;核工业北京地质研究院,北京100029;核工业北京地质研究院,北京100029;核工业北京地质研究院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】P595;O613.62水体富营养化是当今世界面临的一个严重的环境问题，在我国大于1 km2的2300多个天然湖泊中，24%介于富营养化和高度富营养化中，32%介于营养化和富营养化之间。
国际上30%～40%湖泊在不同程度上受到水体富营养化的影响［1］。
磷是水体发生富营养化的主要因素之一［2-3］，湖泊水体中的磷的来源主要分为外源性的和内源性的，外源性的来源主要有天然的来源、农业上使用的磷肥、工业和生活污水的排放等。
沉积物作为湖泊营养物质的重要蓄积库，是湖泊内源性磷的主要来源。
当外源性的磷得到控制时，内源性的磷的释放即成为湖泊富营养化的主导因子［4］。
磷在湖泊水-沉积物界面上的吸附-解吸作用是影响其在上覆水中浓度、迁移、转化和生物可利用性的重要过程［5］。
因此，研究沉积物磷的吸附特征，从而有效控制内源磷的释放，是湖泊富营养化治理的关键技术之一。
笔者对我国典型富营养化湖泊（太湖和洞庭湖）沉积物样品进行了磷的释放和吸附特征研究。
东部平原不同类型湖泊沉积物中有机磷的特征
沉积物是湖泊 营 养 盐 的 重 要 富 集 库， 点源排放 的污水 、 非点源污染 地 表 径 流 的 注 入 以 及 湖 泊 水 生 导致营养物在湖泊沉积物中不断 生物的死亡堆积， 累积， 容易形成湖泊内源负荷 . 研究表明， 湖泊沉积 物中营养盐的特征及其赋存形态在一定条件下可以 成为湖泊富营养化 的 主 导 因 素
ZENG Qing-ru 1
1. College of Resources ＆ Environment ，Hunan Agricultural University ，Changsha Academy of Environmental Sciences ，Beijing 100012 ，China 010019 ，China 410128 ，China
第9期
廖剑宇等：东部平原不同类型湖泊沉积物中有机磷的特征
1143
with the contents of TP ，OP ，LOP and MLOP in the sediments of those lakes （ P < 0. 01 ） . Hence ，it was proven that the HCl-P o in lake sediment may be an important phosphorus source for the overlying water ，and the ratio w （ HCl-P o ） / w （ P o ） in the sediment could reflect the level of lake eutrophication. Key words ： lake ； sediment ； organic phosphorus ； distribution characteristics ； eutrophication
荣成天鹅湖湿地沉积物对磷的吸附特征及影响因子分析
荣成天鹅湖湿地沉积物对磷的吸附特征及影响因子分析高丽;史衍玺;孙卫明;唐志红【期刊名称】《水土保持学报》【年(卷),期】2009()5【摘要】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（Qmax）变幅为181.8-1000.0 mg/kg,临界磷平衡浓度（EPC0）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。
【总页数】6页(P162-166)【关键词】荣成天鹅湖湿地;沉积物;磷吸附;影响因子【作者】高丽;史衍玺;孙卫明;唐志红【作者单位】烟台大学海洋学院;青岛农业大学资源与环境学院【正文语种】中文【中图分类】X131.2【相关文献】1.天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征 [J], 高丽;侯金枝;宋鹏鹏2.荣成天鹅湖沉积物中重金属的分布特征研究 [J], 高丽;宋鹏鹏;史衍玺;侯金枝3.刚毛藻分解对荣成天鹅湖沉积物磷释放的影响 [J], 侯金枝;宋鹏鹏;高丽4.洱海河口湿地沉积物对磷的吸附特征及影响因素 [J], 顾艳林;宝冬润;侯磊;梁启斌5.荣成天鹅湖沉积物磷的赋存形态和时空分布特征 [J], 宋鹏鹏;侯金枝;高丽;史衍玺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第11卷第2期扬州大学学报(自然科学版)V ol.11N o.2 2008年5月J ou rnal of Yangzhou Univ ersity(Natu ral Science Edition)M ay2008不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学徐轶群1,2*,赵秀兰2(1.扬州大学环境科学与工程学院,江苏扬州225009; 2.西南大学资源环境学院,重庆400716)摘 要:采用同一湖泊沉积物的新鲜样品进行试验,探讨不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学.结果表明:随着有机质含量的增加,湖泊沉积物对磷的最大吸附量有增大的趋势,对磷的吸附作用主要受有机质、全铁、全镁及粘粒含量的影响;对磷的吸附速率随沉积物粘粒量、全铁量的增加而加快,有机质的含量也对磷的吸附速率产生一定影响;比较不同基质沉积物对磷吸附的一级动力学方程、抛物线扩散方程、双常数方程和Elovich方程的拟合情况,其中抛物线扩散方程拟合稍差,Elovich方程为最优拟合模型.关键词:湖泊沉积物;磷;吸附动力学中图分类号:X131.3 文献标识码:A 文章编号:1007-824X(2008)02-0070-04水体富营养化是当今世界面临的严重环境问题之一,危害极大,许多国家投入大量资金予以研究和治理.我国也把滇池、太湖和巢湖作为治理的重点,尽管采取了各种措施如减少水体外源磷的输入等,但水体富营养化问题仍未得到有效控制,湖泊水体沉积物(底泥)可向水体持续释放营养物质,特别是磷.[1-2]因此,探讨沉积物对磷的吸附与释放特性成为问题的关键.目前,土壤对磷的吸附动力学已有较多研究.[3-5]虽然湖泊沉积物的许多特性与土壤极其相似,但因其和水体的长期相互作用,对磷的吸附与土壤有显著差异,因此有必要对湖泊沉积物吸附磷的规律展开进一步研究.近年来,吸附动力学方法越来越引起人们的重视,因为该方法能够揭示沉积物吸附磷的机制.[6]由于直接采用沉积物新鲜样品研究工作量太大,故以往一般以沉积物的风干样品作为试验对象.事实证明,沉积物在其风干过程中理化性质发生了较大变化,不能真实反映沉积物的各项性质及其对磷的吸附.为此,本研究拟采用同一湖泊沉积物的新鲜样品进行试验,以揭示不同基质沉积物对磷的吸附规律.1 材料与方法1.1 实验材料沉积物样品采自重庆市龙水湖,选定6个有代表性的采样点,其中1#:马家坝,集水区为农作物耕作区;2#:锅底涵;3#:上坝埂;4#:斑竹园,为两水系交汇处;5#:胡家沟;6#:码头,距岸20m左右,为风景区游船停泊处.用挖掘式采样器采集样点表层0～10cm的沉积物,重复3次,弃去其中石块、动植物残体、塑料等杂物,运回实验室备用.沉积物理化性质见表1.1.2 实验方法1)吸附实验.称取适量沉积物新鲜样品(折合风干样约1g)于离心管中,按m(水)∶m(土)= 25∶1,以0.01mol·L-1KCl溶液为支持电解质,1#,6#样品添加磷的质量浓度分别为0,32,40,48, 60,72,80,100mg·L-1,其他样品添加磷的质量浓度分别为0,16,20,24,30,36,40,50mg·L-1;在25℃左右振荡,24h达平衡后离心15min(5000r·min-1);上清液经0.45μm纤维滤膜过滤后用钼-锑-抗比色法测定溶解性磷酸盐.收稿日期:2007-11-09基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(2004);重庆市“十五”科技攻关项目(2004)*联系人,E-mail:qunxyq@表1 沉积物理化性质及其对磷的吸附*Tab .1 Physicochemical characteristics and sorption of phosphorus in diff erent sediments * mg ·kg -1样品w (粘粒)(%)w (有机质)w (活性铁)w (活性铝)w (全铁)w (全锰)w (全钙)w (全镁)w (全磷)S max f (%)1#61.923585010931.0177443217426.138528957571.02500782#46.11281208065.8113732427333.329455412327.51111663#33.47277918004.893128718438.125495059304.7526504#62.953059212897.0192747511519.335636914457.91250855#59.70351809245.8141840436433.0314********.31429776#64.68364549958.8153244650383.229917886546.8250076 *S max :对磷的最大吸附量;f :对磷的吸持率2)解吸实验.沉积物残留物的解吸实验于吸附实验后立即进行,残留物中分别加入25m L 0.01mol ·L -1KCl 溶液,25℃左右振荡24h,部分吸附的磷被解吸出来,测定解吸磷(经过离心,上清液过0.45μm 纤维滤膜后用钼-锑-抗比色法测定溶解性磷酸盐)[7].吸附和释放磷的差值可认为是沉积物对磷的稳定持有量,称可吸持磷.[8]沉积物对磷的吸持率f 为可吸持磷与初始吸附磷的比值.3)吸附动力学实验.称取适量沉积物(折合风干样约1g )于离心管中,按m (水)∶m (土)=25∶1,加入15m L 50mg ·L -1磷溶液和10m L 0.01mol ·L -1KCl 溶液,使沉积物溶液中磷的质量浓度为30mg ·L -1,在25℃左右振荡,分别于5,15min 及0.5,1,3,5,8,12,16,24h 取样,离心过滤,用钼-锑-抗比色法测定溶解性磷酸盐.2 结果与讨论2.1 沉积物基质组成对磷吸附动力学的影响表2 沉积物对磷的最大吸附量、吸持率与影响因素的相关性Tab .2 Correlation coef ficients among sorptionmaximum ,retention capacity and ef fect f actors in sediment影响因素w (有机质)w (活性铁-铝)w (全铁)w (全锰)w (全钙)w (全镁)w (粘粒)S max 0.880**0.571 0.767*0.0400.6330.913**0.797*f0.6280.844*0.946**0.3560.809*0.5520.957** *P <0.05;**P <0.01 由表1可知,湖泊沉积物的基质组成不同时,其对磷的吸附量是不同的,对磷的吸持率也有较大差异.将沉积物对磷的吸附特征与其性质进行相关分析,结果如表2所示.由表2可见,沉积物对磷的最大吸附量S max 与有机质、全镁的相关性达到极显著的水平,与全铁及粘粒的相关性也较显著,但与活性铁-铝、钙和锰的相关性不显著,表明沉积物对磷的吸附作用主要受有机质、全铁、全镁及粘粒含量的影响.有机质由具有多种官能团的分子构成,这些官能团可为磷的吸附提供位点.[9-10]而粘粒的比表面积较大,有利于磷的吸附.沉积物全镁的量与其对磷的最大吸附量有极显著的相关性尚未见报道,其影响机理还有待进一步探讨.通过分析不同基质沉积物对磷的吸持率发现,该湖泊沉积物对磷的吸持率受其中粘粒、全铁含量影响较大,达到极显著的水平.同时,沉积物中钙的量也对磷的吸持率有显著影响.2.2 沉积物对磷的吸附速率与其基质的关系和土壤对磷的吸附一样,湖泊沉积物对磷的吸附大体分为3个阶段[11-12],见图1.在最初的60min,沉积物对磷的吸附速率很快,即第1阶段为快速吸附阶段,吸附量随时间的增加迅速提高,大部分的磷在此阶段被吸附,如1#,6#样品有85%左右被吸附,而2#,4#,5#样品达70%左右,吸附能力最差的3#样品也达到50%左右.第2阶段为中速吸附阶段,约需4h ,经过这一阶段,吸附量的85%左右将完成,有的甚至达95%以上,如1#,4#,6#样品.第3阶段为慢速吸附阶段,这一阶段经历时间较长.71第2期徐轶群等:不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学图1 不同样品沉积物对磷吸附的动力学趋势Fig .1 Trend of adsorption dynamicsf rom dif ferent sediments沉积物的初期吸附阶段决定其对磷的吸附速率及量的多少,将初期阶段的吸附速率与沉积物性质进行相关分析发现,初期阶段沉积物对磷的吸附速率与粘粒量、全铁量的相关性达到极显著水平,相关系数r 分别为0.96,0.95;与有机质的相关性也较显著,相关系数r 达到0.82.2.3 吸附动力学方程的比较本研究比较了不同基质沉积物对磷吸附的一级动力学方程(first-o rder equatio n),抛物线扩散方程(parabolic diffusion equatio n ),双常数方程(tw o -constant ra teequatio n )和Elov ich 方程的拟合情况[13],结果见表3.由表3可知,4个方程均能较好地拟合沉积物对磷的吸附动力学过程,其中大多数以Elovich 方程拟合效果较好.为了找出最优拟合模型,在考虑相关系数r 的同时,引进标准误差S e 来判定,即r 愈大,S e 愈小,拟合效果愈好.S e =∑(q -q ′)2/(n -2),式中q ,q ′及n 分别为吸附表3 不同沉积物对磷吸附的动力学数学模型拟合(r )Tab .3 Fitt ing of dynamics models in dif f erent sediments (r )样品一级动力学方程抛物线扩散方程Elovich 方程双常数方程1#0.9730.8450.9580.9372#0.9860.9580.9890.9893#0.9770.9720.9770.9894#0.9740.9190.9850.9735#0.9760.9480.9920.9886#0.9620.8630.9680.949或解吸量的测定值、计算值及测定次数.由于抛物线扩散方程相对于其他动力学方程的拟合稍差,故笔者在比较标准误差时,选择其他3个方程中拟合相关系数较大的进行计算比较,结果如表4所示.由表4可见,除3#样品外,其他样品沉积物吸附磷的动力学拟合方程的标准误差S e 以Elovich 方程最低,表明Elovich表4 不同沉积物吸附磷的动力学方程拟合的标准误差(S e )Tab .4 Standard error of f itt ing in dif ferent dynamics equation (S e )样品一级动力学方程Elovich 方程双常数方程1#40.9627.052#24.6613.1513.363#19.8324.2421.694#36.5622.585#39.2716.7023.646#50.5624.57方程为最优模型.同时,通过研究发现,一级动力学方程拟合的标准误差有随着样品对磷的最大吸附量减小而降低的趋势,这在一定程度上说明一级动力学方程更适用于对磷的最大吸附量较小的沉积物或土壤的吸附动力学模拟.参考文献:[1] SA L L AD E Y E,SIM S J T.Phosphor us tr ansfo rma tio nsin the sediments of Dela wa re ’s ag ricultural drainag e way s :pho rphor us fo rms a nd so rptio n [J ].J Envir onQual,1997,26(6):1571-1579.[2] 袁旭音,陈 骏,陶于祥,等.太湖北部底泥中氮、磷的空间变化和环境意义[J].地球化学,2002,31(4):321-328.[3] 王彩虹,牛晓军,周兴求,等.不同pH 条件下沉积磷释放到水体中化学行为的模拟研究[J].四川环境,2006,26(1):20-22.[4] 田玉红,刘正西.柳江河沉积物和沿岸土壤对磷的吸附及解吸动力学[J].山东农业大学学报:自然科学版,2004,35(4):621-624.72扬州大学学报(自然科学版)第11卷[5] 高超,张桃林,关蔚东.不同利用方式下农田土壤对磷的吸持与解吸特征[J].环境科学,2001,22(4):67-71.[6] 晋 艳,尉庆丰.土壤基质组成与磷吸附动力学的关系[J].土壤通报,1994,25(2):74-77.[7] RU BAN V ,LO PEZ -SAN CHEZ J F ,P ARDO P ,et a l .Har moni zed pro toco l and ce rtified r eference mate rial forthe determina tio n of ex tractable contents o f phospho r us in fr eshw ater sediments :a synthesis o f recent w o rks [J].Fr esenius J 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-qun1,2*,ZHAO Xiu -lan 2(1.Sch of Environ Sci&Engin ,Yangzhou Univ,Yang zhou 225009,China;2.Sch of Resou r&Environ,Xinan Univ,Ch ongqing 400716,China)Abstract :The adso rptio n kinetics of phosphorus in different com positio n of lake sedim ents w erestudied .The conclusio ns are as follow s .The mo re o rg anic mater in sediment is ,the higher phosphorus so rption maxima w ill be.Facto rs affecting pho spho rus sorptio n include OM,total-Fe,to tal-Mg a nd clay co ntent.So rption ra te of phosphate on sedim ent a re improved w ith the increase of clay co ntent and to tal -Fe .OM of sediment also affects sorptio n ra te of phosphate .Elov ich equatio n is the best one among the fitted model equations a nd parabolic diffusio n equatio n is the w orst.The o ther tw o m odels (first-order equation and two -co nstant rate equatio n)are betw een the abov e two.Keywords :sedim ents;pho spho rus;adso rption kinetics(责任编辑 时 光)73第2期徐轶群等:不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学。