粘土矿物和粘粒土壤吸附净化磷素的性能及机理

粘土矿物和粘粒土壤吸附净化磷素的性能及机理

用粘土和粘土作为人工湿地或基础化剂，净化废水中的氮和磷素，用粘土和粘土土壤净化废水中的铵和重金属离子。具有良好的清洁效果。本文利用粘土矿物和粘粒土壤净化污水中的磷素,研究其净化性能和机理,为其在环境保护上广泛运用提供理论依据和实践措施.11.1材料主要矿物成分高岭土、蒙脱土、凹凸棒土分别取自江苏省苏州、江宁和六合等地,蛭石、沸石分别取自河北省灵寿和安徽省繁昌,黄褐土和下蜀黄土取自南京市郊区,上述材料球磨后过100目筛备用.其主要矿物成分经X-射线衍射分析,高岭土主要为高岭土和少量蒙脱土;蒙脱土主要为蒙脱土、少量蛋白石和长石;凹凸棒土主要为凹凸棒土和少量石英;沸石主要为丝光沸石和少量斜发沸石;黄褐土主要为伊利石、高岭石、石英和少量蛭石、蒙脱石;下蜀黄土主要为伊利石、高岭石、石英和少量蛭石、蒙脱石;蛭石主要为蛭石、长石和少量赤铁矿、石英.试验材料的矿物含量和部分理化性质见表1和表2.1.2材料2平行试验准确称取3份上述试验材料各1g(干重)左右(平行试验)置于50ml塑料离心管中,加入25ml由0.02mol·l称取2份上述试验材料各50g左右(平行试验)置于250ml离心管中,加入100ml浓度为100mg·l22.1粘土矿物和粘粒土壤磷素的等温线方程粘土矿物和粘粒土壤的磷素理论饱和吸附量是衡量其磷素吸附净化性能的重要指标,对于等温条件下,溶液中固体表面发生的吸附现象,常用Freundilch和Langmuir方程来表示其固体表面吸附量和溶液平衡浓度之间的关系.本文根据磷素等温吸附实验的结果绘制磷素等温吸附曲线,其磷素吸附等温线符合Freundilch吸附等温线和Langmuir吸附等温线方程,两者均达极显著水平,其吸附等温线方程见表3.从表3可以看出,本研究中粘土矿物和粘粒土壤磷素的Freundilch吸附等温曲线方程的常数由于Langmuir等温吸附曲线方程可以描述溶液状态下固体表面等温吸附的全部过程,其参数2.2粘土矿物和粘粒土壤磷素理论饱和吸附量的影响因素.相关分析表明(表4),本研究中粘土矿物和粘粒土壤的磷素理论饱和吸附量和其比表面及阳离子交换量没有显著的相关关系,表明粘土矿物和粘粒土壤对磷素的吸附不是物理吸附起主要作用,而是由化学吸附起主要作用.对于化学吸附,粘土矿物和粘粒土壤的化学性质和组成对磷素吸附起着重要的作用,而在本研究中粘土矿物和粘粒土壤的酸碱性对其磷素吸附量没有什么影响,这是因为本研究中粘土矿物和粘粒土壤的酸碱性处于中性范围附近,对其磷素吸附影响不大.化学组成对磷素的吸附量影响较大,粘土矿物和粘粒土壤磷素理论饱和吸附量同其化学组成全钙、水溶性钙、胶体氧化铁和胶体氧化铝关系密切,表现为全钙、水溶性钙、胶体氧化铁和氧化铝含量愈高,其吸附的磷素愈多,磷素的净化能力愈强.此外,粘土矿物和粘粒土壤的磷素理论饱和吸附量还同其羟基释放量有关,说明粘土矿物和粘粒土壤的磷素化学吸附不仅有非专性化学吸附存在,还有专性化学吸附存在,这是因为黄褐土、下蜀黄土等粘粒土壤中含有次生粘土矿物伊利石,高岭土、蒙脱土、蛭石、凹凸棒土和沸石的主要矿物组成为次生粘土矿物,这类粘土矿物的结构主要为硅氧四面体和铝氧八面体组成的晶层结构,其配位离子为羟基离子,此类羟基离子易和磷酸根离子发生专性吸附.2.3从吸附的磷素形态转化分析从表5可以看出,本研究中粘土矿物和粘粒土壤磷素的饱和吸附量依次为:蛭石>黄褐土>凹凸棒土>蒙脱土>下蜀黄土>沸石>高岭土,在扣除其背景磷素含量的前提下,其磷素饱和吸附量的顺序依次为蛭石>黄褐土>蒙脱土、凹凸棒土>下蜀黄土>沸石>高岭土.从吸附的磷素形态转化来看,蛭石、黄褐土和下蜀黄土吸附的磷素转化为Fe-P的比例多于转化为Ca-P,Al-P及其它形式磷素的比例;蒙脱土、沸石、高岭土和凹凸棒土转化为Ca-P(Ca在所有试验材料中除蒙脱石、蛭石吸附的磷素转化为Al-P的比例较低,高岭土吸附的磷素转化为Al-P的比例稍高以外,凹凸棒土、黄褐土、下蜀黄土和沸石吸附的磷素转化为Al-P的比例基本相当.粘土矿物和粘粒土壤磷素饱和吸附后磷素的形态变化和其化学组成密切相关,全钙及水溶性氧化钙含量较多的粘土矿物饱和吸附的磷素转化为Ca-P的比例多于转化为其它形态磷素的比例,全铁含量,特别是胶体氧化铁含量较多的蛭石和粘粒土壤饱和吸附的磷素转化为Fe-P的比例多于转化为其它形态磷素的比例,Al-P的转化也有同样的趋势.3粘土矿物和粘粒土壤对磷素的净化效果选用粘土矿物和粘粒土壤净化污水中的磷素污染物,结果表明,除了高岭土和沸石以外,其它粘土矿物和粘粒土壤均有较好的磷素净化效果,其中蛭石净化磷素污染物的效果最好.粘土矿物和粘粒土壤吸附净化磷素的机制主要为化学