動水條件下平原河網(wǎng)沉積物對氨氮吸附熱力學(xué)和動力學(xué)研究

許少鵬，李 晨

(河海大學(xué)，江蘇 南京 210008)

0 引言

在我國長三角地區(qū)遍布著平原河網(wǎng)，例如處于長三角地區(qū)的太湖平原河網(wǎng)地區(qū)，該地區(qū)地理位置優(yōu)越、河道比降小，加上徑流和潮汐雙重作用以及閘泵等水工建筑物對水流的強(qiáng)烈干預(yù)，造成河向變化頻繁，水體動力學(xué)特征復(fù)雜，導(dǎo)致平原河網(wǎng)地區(qū)的污染物輸移規(guī)律有著區(qū)別于其他區(qū)域的獨特性。

本研究以太湖兩條入湖口河流沉積物為對象，研究了沉積物在不同轉(zhuǎn)速下對氮鹽的吸附動力學(xué)和吸附熱力學(xué)行為，為研究治理湖泊的富營養(yǎng)化提供一定依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

用柱狀采泥器在太湖主要出入湖河道(南溪S1和漕橋河S2)采集沉積物原狀芯樣，轉(zhuǎn)移到半徑為6.3cm的有機(jī)玻璃圓筒中，在樣本表面添加3cm高度的采樣點河水后，對有機(jī)玻璃圓筒密封處理。采集采樣點的河水保存于聚乙烯塑料瓶中，水樣采集后帶回實驗室經(jīng)0.45μm的微孔濾膜過濾。泥樣和水樣均置于4℃暗處保存。利用全球定位系統(tǒng)(GPS)對采樣點位置進(jìn)行定位，具體坐標(biāo)見表1。

表1 沉積物基本理化性質(zhì)

1.2 沉積物理化性質(zhì)測定

通過TOC分析儀測定沉積物的有機(jī)碳含量。通過吸液管法測量了沉積物的顆粒級配比。

1.3 氮的吸附熱力學(xué)實驗

1.4 氮的吸附動力學(xué)實驗

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

單位質(zhì)量沉積物對氨氮吸附量Q(g/ kg)通過如下公式計算:

Q=(C0-Ce)×V/W

式中：V—加入樣品中的溶液體積(L)；W—沉積物干樣的重量(g)；C0—原溶液中氮、磷濃度(mg/L)；Ce—實驗結(jié)束后溶液中氮濃度(mg/L)。利用回歸法計算出氮吸附/解吸平衡濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積物吸附氨氮的熱力學(xué)特征

圖1 S1采樣點沉積物對氨氮吸附的熱力學(xué)曲線

圖2 S2采樣點沉積物對氨氮吸附的熱力學(xué)曲線

本實驗中采用Langmuir方程[7]:

Qe=QmKLCe/(1+KLCe)

式中：Qe—平衡吸附量(mg/kg)；Qm—飽和吸附量(mg/kg)；Ce—相應(yīng)條件下氨氮的平衡濃度；KL—Langmuir吸附平衡常數(shù)。

表2 沉積物吸附熱力學(xué)模型擬合參數(shù)

2.2 沉積物吸附氨氮的動力學(xué)特征

圖3 S1采樣點沉積物對氨氮吸附的動力學(xué)曲線

圖4 S2采樣點沉積物對氨氮吸附的動力學(xué)曲線

式中：q—沉積物吸附氨氮的量(mg/kg)；t—時間(min)；a、k—常數(shù)。

表3 沉積物吸附動力學(xué)模型擬合參數(shù)

3 結(jié)論