粘土礦物和粘粒土壤吸附凈化磷素的性能及機(jī)理

粘土礦物和粘粒土壤吸附凈化磷素的性能及機(jī)理

用粘土和粘土作為人工濕地或基礎(chǔ)化劑，凈化廢水中的氮和磷素，用粘土和粘土土壤凈化廢水中的銨和重金屬離子。具有良好的清潔效果。本文利用粘土礦物和粘粒土壤凈化污水中的磷素,研究其凈化性能和機(jī)理,為其在環(huán)境保護(hù)上廣泛運(yùn)用提供理論依據(jù)和實(shí)踐措施.11.1材料主要礦物成分高嶺土、蒙脫土、凹凸棒土分別取自江蘇省蘇州、江寧和六合等地,蛭石、沸石分別取自河北省靈壽和安徽省繁昌,黃褐土和下蜀黃土取自南京市郊區(qū),上述材料球磨后過100目篩備用.其主要礦物成分經(jīng)X-射線衍射分析,高嶺土主要為高嶺土和少量蒙脫土;蒙脫土主要為蒙脫土、少量蛋白石和長(zhǎng)石;凹凸棒土主要為凹凸棒土和少量石英;沸石主要為絲光沸石和少量斜發(fā)沸石;黃褐土主要為伊利石、高嶺石、石英和少量蛭石、蒙脫石;下蜀黃土主要為伊利石、高嶺石、石英和少量蛭石、蒙脫石;蛭石主要為蛭石、長(zhǎng)石和少量赤鐵礦、石英.試驗(yàn)材料的礦物含量和部分理化性質(zhì)見表1和表2.1.2材料2平行試驗(yàn)準(zhǔn)確稱取3份上述試驗(yàn)材料各1g(干重)左右(平行試驗(yàn))置于50ml塑料離心管中,加入25ml由0.02mol·l稱取2份上述試驗(yàn)材料各50g左右(平行試驗(yàn))置于250ml離心管中,加入100ml濃度為100mg·l22.1粘土礦物和粘粒土壤磷素的等溫線方程粘土礦物和粘粒土壤的磷素理論飽和吸附量是衡量其磷素吸附凈化性能的重要指標(biāo),對(duì)于等溫條件下,溶液中固體表面發(fā)生的吸附現(xiàn)象,常用Freundilch和Langmuir方程來表示其固體表面吸附量和溶液平衡濃度之間的關(guān)系.本文根據(jù)磷素等溫吸附實(shí)驗(yàn)的結(jié)果繪制磷素等溫吸附曲線,其磷素吸附等溫線符合Freundilch吸附等溫線和Langmuir吸附等溫線方程,兩者均達(dá)極顯著水平,其吸附等溫線方程見表3.從表3可以看出,本研究中粘土礦物和粘粒土壤磷素的Freundilch吸附等溫曲線方程的常數(shù)由于Langmuir等溫吸附曲線方程可以描述溶液狀態(tài)下固體表面等溫吸附的全部過程,其參數(shù)2.2粘土礦物和粘粒土壤磷素理論飽和吸附量的影響因素.相關(guān)分析表明(表4),本研究中粘土礦物和粘粒土壤的磷素理論飽和吸附量和其比表面及陽離子交換量沒有顯著的相關(guān)關(guān)系,表明粘土礦物和粘粒土壤對(duì)磷素的吸附不是物理吸附起主要作用,而是由化學(xué)吸附起主要作用.對(duì)于化學(xué)吸附,粘土礦物和粘粒土壤的化學(xué)性質(zhì)和組成對(duì)磷素吸附起著重要的作用,而在本研究中粘土礦物和粘粒土壤的酸堿性對(duì)其磷素吸附量沒有什么影響,這是因?yàn)楸狙芯恐姓惩恋V物和粘粒土壤的酸堿性處于中性范圍附近,對(duì)其磷素吸附影響不大.化學(xué)組成對(duì)磷素的吸附量影響較大,粘土礦物和粘粒土壤磷素理論飽和吸附量同其化學(xué)組成全鈣、水溶性鈣、膠體氧化鐵和膠體氧化鋁關(guān)系密切,表現(xiàn)為全鈣、水溶性鈣、膠體氧化鐵和氧化鋁含量愈高,其吸附的磷素愈多,磷素的凈化能力愈強(qiáng).此外,粘土礦物和粘粒土壤的磷素理論飽和吸附量還同其羥基釋放量有關(guān),說明粘土礦物和粘粒土壤的磷素化學(xué)吸附不僅有非專性化學(xué)吸附存在,還有專性化學(xué)吸附存在,這是因?yàn)辄S褐土、下蜀黃土等粘粒土壤中含有次生粘土礦物伊利石,高嶺土、蒙脫土、蛭石、凹凸棒土和沸石的主要礦物組成為次生粘土礦物,這類粘土礦物的結(jié)構(gòu)主要為硅氧四面體和鋁氧八面體組成的晶層結(jié)構(gòu),其配位離子為羥基離子,此類羥基離子易和磷酸根離子發(fā)生專性吸附.2.3從吸附的磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化分析從表5可以看出,本研究中粘土礦物和粘粒土壤磷素的飽和吸附量依次為:蛭石>黃褐土>凹凸棒土>蒙脫土>下蜀黃土>沸石>高嶺土,在扣除其背景磷素含量的前提下,其磷素飽和吸附量的順序依次為蛭石>黃褐土>蒙脫土、凹凸棒土>下蜀黃土>沸石>高嶺土.從吸附的磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化來看,蛭石、黃褐土和下蜀黃土吸附的磷素轉(zhuǎn)化為Fe-P的比例多于轉(zhuǎn)化為Ca-P,Al-P及其它形式磷素的比例;蒙脫土、沸石、高嶺土和凹凸棒土轉(zhuǎn)化為Ca-P(Ca在所有試驗(yàn)材料中除蒙脫石、蛭石吸附的磷素轉(zhuǎn)化為Al-P的比例較低,高嶺土吸附的磷素轉(zhuǎn)化為Al-P的比例稍高以外,凹凸棒土、黃褐土、下蜀黃土和沸石吸附的磷素轉(zhuǎn)化為Al-P的比例基本相當(dāng).粘土礦物和粘粒土壤磷素飽和吸附后磷素的形態(tài)變化和其化學(xué)組成密切相關(guān),全鈣及水溶性氧化鈣含量較多的粘土礦物飽和吸附的磷素轉(zhuǎn)化為Ca-P的比例多于轉(zhuǎn)化為其它形態(tài)磷素的比例,全鐵含量,特別是膠體氧化鐵含量較多的蛭石和粘粒土壤飽和吸附的磷素轉(zhuǎn)化為Fe-P的比例多于轉(zhuǎn)化為其它形態(tài)磷素的比例,Al-P的轉(zhuǎn)化也有同樣的趨勢(shì).3粘土礦物和粘粒土壤對(duì)磷素的凈化效果選用粘土礦物和粘粒土壤凈化污水中的磷素污染物,結(jié)果表明,除了高嶺土和沸石以外,其它粘土礦物和粘粒土壤均有較好的磷素凈化效果,其中蛭石凈化磷素污染物的效果最好.粘土礦物和粘粒土壤吸附凈化磷素的機(jī)制主要為化學(xué)