7不同生态河道基质材料对氮磷的吸附对比研究

7不同生态河道基质材料对氮磷的吸附对比研究 ?运河管?京水务?第期?同生态河道基质材?对氮磷的吸附对比研究方升华（?京市?运河管?处）摘要生态河道构建是一种有效的河流水体修复技术，选择合适的基质材?构建生态河道。 能改善其对污染物质的净化效果。 对比研究了砾石、砂子和沸石种?同生态材?在?同氮磷水平下对氮磷的强化吸附性能。 并对其吸附机?进?了初步探讨。 试验结果表明，等温吸附方程能较好地描述种材?的吸附性能。 对于氮、磷的饱和吸附能?依次为沸石砾石砂子。 开发利用吸附能?较强的砾石或是利用吸附能?强的沸石作为生态河道基质材?，是构建生态河道的一种有效措施。 关键词生态河道生态材?吸附氮磷（）（，），研究背景及意义我国许多湖泊及部分河流处于富营养化状态一般认为总磷与无机氮浓度分别达到与的水体。 标志着已处于富营养化状态。 根据作者简介方升华（一），男，助?工程师。 ?运河?水质资?（见表）可知，?运河干流已处于严重富营养化状态。 国内外?少学者强调从控源一截留一输导一修复等环节来控制富营养化【。 控制输送途径，构建生态河道，利用自然或人工加强生态环境的自净能?，对去除水中氮磷以及其他污染物?运河管?京水务?第期质具有较好的效果可用于控制富营养化。 表?运河干流水质资?通过对构建生态河道的砾石、砂子和沸石种?同生态基质材?对氮磷吸附去除的对比试验研究，探讨其对水体中氮磷的去除效果及去除机?，并优化筛选材?为?运河干流生态河道整治提供?论支持。 国内外研究进展表面流人工湿地的基质与生态河道中的生态材?其作用有相通性所以国内外对人工湿地基质的吸附氮磷性能的研究进展对构建生态河道选用合适的生态材?具有启发意义。 南京大学袁东海、尹大强等人（）研究了沙子、沸石、矿渣等人工湿地基质对净化磷素的污染性能。 结果表明沸石是一种较好的去除磷素的人工湿地基质，沙子因其通透性好?堵塞，分布广泛等优点常可作为人工湿地的基质。 ?美、欧洲和澳大利亚均对?同人工湿地基质去除磷有研究。 新西兰研究了土壤、矿渣、沸石等材?对磷的吸附过程。 挪威研究了黏土矿物质对磷的吸附效果。 英国研究了石灰石、砾石、沸石等材?对磷的去除效果生态材?简介世纪?代初日本的山本良一教授在材?研究中首次提出了“生态材?”的概念受到世界各国材?工作者的积极响应。 生态材?应该具备种特性一是具有优异的使用性能称之为材?的先进性；二是材?在制备、流通、使用和废弃的全过程中必须保持与地球生态环境的协调性；三是材?的感官性质。 要求对材?的感觉舒服用户乐于采用称之为舒适性。 自然生态材?主要是指由自然态产生的一些材?如天然岩石、矿物、天然木材、各种生物质等，在利用这些材?时?需要?多地消耗能源且在废弃时也?会产生太多的污染。 自然生态材?因其优异的性质，是构筑生态河床的最佳选择。 在这些生态河床材?上，既可生长对水体生态修复具有重要意义的生物膜，也可生长大型水生植物【。 这些因素对水体净化有良好促进作用。 根据生态河床建设中的实际情况，本试验选用了砾石【、沙子、沸石种自然生态河道构建材?生态材?的吸附?论生态材?的吸附性按照引起吸附的原因?同可以分为类物?吸附、化学吸附和离子交换吸附【。 物?吸附是指由吸附剂与吸附质之间的分子引?而产生的吸附，由氢键产生的吸附也属于物?吸附。 化学吸附是指由吸附剂与吸附质之间的化学键?而产生的吸附。 阴离子聚合物可以靠化学键吸附在生态材?表面上吸附方式可以有以下种形式第一生态材?晶体带正电荷，阴离子基团可以靠静电引?吸附在生态材?的边面上。 第二介质中有中性电解质存在时无机阳离子可以在生态材?和阴离子型聚合物之间起“桥接”作用使高聚合物吸附在生态材?的表面上。 生态材?有时带有?饱和电荷，根据电中性原?必定会有等?的异号离子吸附在材?表面上以达到电性平衡。 通常，吸附在生态材?表面上的离子可以和溶液中的同号离子发生交换作用这种作用即为离子交换吸附。 最常见的与生态材?结合的交换性离子是，一，等阴离子，根据交换性离子的电性?同可以把离子交换性吸附分为阳离子交换性吸附和阴离子交换性吸附。 试验装置的设置砾石和砂子是沉积岩分化产物，主要成分是石英其中硅氧四面体结构形成稳定的架状结构。 取自浙江神石矿业有限公司的丝光沸石是一种呈结晶阴离子型架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质主要化学成分（）、（）、（）、（）。 各取砾石、砂子和沸石（将材?研磨过目筛置于离心管中加入?同系列浓度的硫酸铵和磷酸二氢钾混合液。 每个浓度做个平?样。 置于恒温摇床（）震荡。 后取出，离，机离心。 取上清液测定其总氮总磷与进水中氮磷之差即认为被生态材?所吸附。 ?运河管?京水务?第期试验结果分析将?同浓度氮、磷平衡溶液与种生态材?砾石、砂子和沸石对氨氮和磷酸根的吸附?分别绘制吸附曲线见图和图。 一稠酶莲抠溶液中氨氮（）图氨氦溶液中砾石、砂子和沸石对氦的吸附?稠莲山平衡溶液中（）图磷酸二氢钾溶液中砾石、砂子和沸石对磷的吸附?对于恒温条件下固体表面发生的吸附现象。 常用方程和方程来表示其表面的吸附?和介质中溶质平衡浓度之间的关系。 在式推导中假设被吸附分子间无相互作用，即吸附层是?想的。 而且立即显示形成饱和单分子层。 而溶液吸附过程是溶质、吸附剂综合作用的结果，而且在固体表面机会?可能完全均匀。 吸附相也难是完全?想的。 因此溶液吸附的方程具有经验公式的性质。 方程表达式如下（）式中、为常数，表示最大吸附?，与束缚能?相关。 最大吸附?可通过坐标中和的斜率中求得。 对于?均匀固体表面常用方程。 方程表达式通常如下“（）式中和均为常数。 常数可视为单位平衡磷溶液中对磷的吸收指数，可提供平衡?与基质磷吸附相关的能?。 上方程可改写为式中为截距；为斜率；与成线性关系，从而得出常数和。 根据?同平衡浓度下砾石、砂子和沸石对氨氮和磷酸根的吸附?计算等温曲线方程各相关参数见表和表表?同生态材?氨氦吸附等温曲线方程及其相关参数表?同生态材?磷吸附等温曲线方程及其相关参数从图和图中可看出，砾石、砂子和沸石对氮的吸附曲线和砂子、沸石对磷的吸附曲线符合等温线分类中的“”型等温线型），等温线为一直线，表示氨氮在吸附材?表面相和溶液中的分配是恒定的。 某些物质在由晶化区和无定形区构成的聚合物上的吸附会出现这类等温线。 其机?可能是吸附质氨氮最初吸附在无定形区较大的孔内，由于吸附的作用使其它部分发生膨胀形成新的吸附位，从而可继续发生吸附，直至?能穿过的晶化区吸附作用将?再继续进?。 砾石对磷的吸附等温曲线符合等温线分类中的“”型等温线。 等温线起始部分斜率较小，并凸向浓度轴。 当溶剂有强烈的竞争吸附，且溶质以单一端近似垂直地吸附于固体表面时会出现这类吸附等温线。 当平衡浓度增大时，等温线有较快上升阶段，这是由于被吸附的磷酸根对于液相中的磷酸根有吸引的结果从表和表中可得。 在平衡溶液中浓度在，氨氮浓度在的范围内时。 方程比方程能?好地描述上述种生态材?砾石、砂子和沸石吸附氮磷规?国外一?运河管?京水务?第期些研究者也持这一观点，认为尽管方程是一个经验方程，但因其使用的吸附系数与上升的饱和浓度密切相关。 相比于方程中假设的束缚能?常数?与实际情况相符。 从方程的值可以看出，种生态材?对于氨氮的饱和吸附?依次为沸石砾石砂子，这与试验事实相符合。 而对于磷酸根的饱和吸附?依次为砂子沸石砾石，与试验事实沸石砾石砂子有差距，其原因可能有个一是试验中产生的误差问题。 二是因为将吸附材?研磨过目筛子后，材?的物?性质和晶体结构发生改变，也可能?再是颗粒而变成胶体的吸附。 牵涉到?复杂的胶体吸附?论，在此?作阐述。 经济分析河砂市场价格为元，砾碎石（直径）元，。 沸石（直径）元。 沸石价格最高其次是河砂。 如果单独使用沸石，经济上是?允许的。 针对?运河具体情况，选用?运河河道的河砂，根据工程的?同需要，按照或者甚至?高比例掺混沸石或者历史构建其基质，在经济上则是可?的。 砾石、砂子、沸石均对水体中的氮、磷有吸附去除的作用，在等温吸附人工强化过程中，方程比方程能?好地描述上述种生态材?吸附氮、磷的规?。 对进一步研究利用以及工程利用有积极的指导作用。 利用吸附能?较强的砾石或是吸附能?强的沸石作为生态河道基质。 是构建生态河道的一种有效措施。 氮在环境中的形态复杂且多变。 吸附过程相当复杂，其各具体形态吸附研究有待深入。 根据?运河的具体情况在构建生态河道或是河岸砂滤生态处?设施的基质中。 结合当地的河砂。 按一定比例掺混吸附能?较强的沸石。 既可加强吸附氮磷的能?，又可加大基质中的孔隙率，减少堵塞，从而有利于氧气的扩散。 有利于植物着床及微生物挂膜可强化氮磷净化效果，对控制富营养化起到积极作用。 参考文献】陈荷生太湖生态修复治?工程，长江流域资源与环境，（）【】刘霞，杜桂森藻类植物与水体富营养化控制首都师范大学学报（自然科学版），（）【】董哲仁河流治?生态工程学的发展沿革与趋势水利水电技术，（）】?】董哲仁生态水工学人与自然和谐的工程学】水利水电技术，（）【】董哲仁水利工程对生态系统的胁迫水利水电技术，（）董哲仁生态水工学的?论框架水利学报，（）【】朱晨东赴德国奥地利考察报告?京水利，（）【】刘树坤刘树坤访日报告河流整治与生态修复（五）海河水利（）【】袁东海，尹大强，等几种人工湿地基质净化磷素污染性能的分析环境科学，（）【】，（）【】，（）【】，（）【，（）【】左铁镛，聂柞仁环境材?基础】?京科学出版社，【】孙胜龙编著环境