摻雜添加劑對(duì)黃河內(nèi)蒙古段表層沉積物吸附重金屬的影響研究.pdf

1、表層沉積物(surficialsediments)是水體的重要組成部分，也是水體中重金屬污染物的源和匯。重金屬在表層沉積物－水相界面進(jìn)行著一系列的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程，其中吸附作用是沉積物－水界面經(jīng)常發(fā)生的最重要的反應(yīng)之一，在表層沉積物的各組分中，水合金屬氧化物和有機(jī)質(zhì)是表層沉積物中起吸附作用的主要組分。而周圍環(huán)境的細(xì)微變化都可能導(dǎo)致吸附在表層沉積物上的重金屬的解吸釋放，造成對(duì)環(huán)境的二次污染。因此，研究表層沉積物中重金屬的修復(fù)是很有意義的。在內(nèi)

2、蒙古地區(qū)，黃河流域沿岸城市的重工業(yè)廢水、生產(chǎn)廢水、農(nóng)業(yè)廢水和生活廢水對(duì)黃河水體重金屬污染具有一定典型性和代表性。每天都有大量的重金屬污染物被排入黃河，造成了黃河內(nèi)蒙古段水體不同程度的污染，必然會(huì)影響到人們的身體健康。
　　 本研究考慮到固定劑可能會(huì)影響表層沉積物的理化性質(zhì)，故從表層沉積物的主要吸附組分出發(fā)，采用表層沉積物的主要吸附組分且在污水或污染土壤修復(fù)中穩(wěn)定固定化效果較好的有機(jī)質(zhì)(腐殖酸、單寧酸)、鐵氧化物(水鐵礦、針鐵礦)

3、作為表層沉積物中重金屬穩(wěn)定固定化的添加劑，考察比較添加劑的摻雜對(duì)重金屬Cd2+、Cu2+、Pb2+在表層沉積物上的吸附，探討了吸附時(shí)間、初始濃度、溫度、pH和粒徑對(duì)沉積物吸附Cd2+、Cu2+、Pb2+的影響。對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線進(jìn)行了擬合并計(jì)算了分配系數(shù)。研究結(jié)果表明：
　　 (Ⅰ)據(jù)黃河沉積物的全巖分析和粘土礦物組成分析得到了黃河內(nèi)蒙古段沉積物礦物組成。有機(jī)質(zhì)在沉積物對(duì)重金屬吸附過(guò)程中具有一定的中間架橋作用。有機(jī)質(zhì)添加劑

4、對(duì)Cd2+、Cu2+、Pb2+在沉積物上最大吸附量的影響有所不同。和單寧酸相比，摻雜腐殖酸更能提高Cd2+、Cu2+、Pb2+的最大吸附量。本研究中所用有機(jī)添加劑的溶解性可能會(huì)影響其對(duì)重金屬的吸附。鐵氧化物可以在不同程度上增大重金屬在沉積物上的吸持，摻雜水鐵礦或針鐵礦后沉積物對(duì)Cd2+、Cu2+、Pb2+的吸附有較大增強(qiáng)。鐵氧化物吸附重金屬可能出于配位體交換作用。
　　 (Ⅱ)在一定時(shí)間內(nèi)，Cd2+、Cu2+、Pb2+吸附量隨著

5、與表層沉積物接觸時(shí)間的延長(zhǎng)而線性增大，在1h后沉積物對(duì)重金屬的吸附曲線趨于平緩，2h后達(dá)到吸附平衡。2h后沉積物對(duì)Cd2+、Cu2+、Pb2+的吸附量分別是理論最大吸附量的98.3％、99.2%和97.8%。摻雜添加劑腐殖酸、水鐵礦和針鐵礦后沉積物對(duì)重金屬的吸附量顯著增加，而摻雜單寧酸效果相對(duì)較差。沉積物原樣吸附重金屬反應(yīng)過(guò)程符合Elovich方程(R2≥0.93)，但摻雜添加劑后反應(yīng)多符合雙常數(shù)速率方程動(dòng)力學(xué)規(guī)律。比較各種添加劑對(duì)沉積

6、物吸附重金屬特性的影響發(fā)現(xiàn)：沉積物中鎘、銅、鉛修復(fù)固定的難易順序?yàn)椋篜b2+>Cu2+>Cd2+。
　　 (Ⅲ)Cd2+、Cu2+、Pb2+在摻雜沉積物主要組分前后沉積物上的熱力學(xué)吸附可用Langmuir非線性等溫模型來(lái)描述，R2均大于0.95(p≦0.01，n=7)。摻雜腐殖酸、水鐵礦和針鐵礦的表層沉積物對(duì)3種重金屬離子Cd2+、Cu2+、Pb2+的最大吸附量均高于沉積物原樣，而摻雜單寧酸則抑制了表層沉積物對(duì)Cd2+、Cu2+

7、、Pb2+的吸收。
　　 (Ⅳ)沉積物主要化學(xué)組分鐵氧化物和有機(jī)質(zhì)對(duì)Cd2+、Cu2+、Pb2+的吸附貢獻(xiàn)存在差異，本文利用分配系數(shù)對(duì)3種重金屬在固-液兩相中的分配能力做了具體描述。摻雜添加劑對(duì)相同段位沉積物吸附同一重金屬離子的能力大小影響順序?yàn)椋焊乘?水鐵礦>針鐵礦>單寧酸。溫度對(duì)吸附效果有影響，35℃下沉積物對(duì)Cd的吸附量總體高于25℃和18℃下的吸附量，說(shuō)明該吸附反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。水體酸堿度對(duì)沉積物吸附Cd2+、Cu2+、