pH与三峡库区底泥氮磷释放关系的试验

JOurnalOfChOnggingUniversity

Oct.2004VOl.27NO.10

文章编号!1000-582X\"2004#10-0125-03

pH与三峡库区底泥氮磷释放关系的试验

2

付春平19钟成华199邓春光2

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(1.重庆大学城市建设与环境工程学院9重庆400030;2.重庆市环境科学研究院9重庆400020)

摘要!通过对三峡库区底泥总氮\\总磷(释放特性进行研究9分析了pH对三峡库区底泥TN\\TP)

结果表明水溶液的pH在3.98\\11.05范围内9TN\\TP释放的影响及其原因9TN\\TP在3d内最大释

放量达到最大值9而TP在1d内最TN在3d内最大释放量达到最大值9pH在11.05\\11.94范围内9大释放量就达到最大值;TP的最大释放pH越低TN的最大释放量越大9pH在3.98\\10.07范围内9量基本相同9TP的最大释放量急剧增加O说明了三峡库区底泥TN\\TPpH在10.07\\11.94范围内9对库区水质存在的危险性9并为三峡库区富营养化治理从控制氮磷营养盐含量方面提供了参考O

关键词!三峡库区;底泥;pH;氮磷释中图分类号!X522

文献标识码!A

不同 所加HCl和NaOH的量不一样 水溶液电导率

也发生了相应的变化 电导率对TN TP的释放有影响 所以加入NaCl将电导率调节相同 搅匀后进行试验

每个浸泡缸内先加入50g底泥 粒径为100目 然后加入500mL水样 水土比为10 1 水样在加入的过程中边加入边搅拌直到水土混合均匀为止 取回的长江原水测量其背景TN TP pH等指标 为了保证试验条件的一致性 每日从同一系列的1个浸泡缸内取1个水样 水样每隔24h取一次 每一个系列取5次 即试验进行5日 取样前用玻璃棒将浸泡缸内的水与底泥搅拌均匀 然后沉淀1h 取其上清液约100mL 该水样用0.451m滤膜过滤后进行TN TP pH等指标的测定

1

氮磷指标及其测定方法 TN-过硫酸钾氧化-紫外分光光度法 TP-过硫酸钾氧化-钼锑抗分光光度法

近年来由于工农业的发展 向土壤施加氮肥和磷

肥量大大增加 同时含氮磷工业和生活污水排放量也大大增加 污水最终进入水体 将会导致水体的富营养

化 严重时污染水环境 因而研究水溶液的pH与底泥氮磷释放关系是十分必要的

1试验材料与方法1.1试验材料

水样 采自长江储奇门断面的原水 底泥 采自小江云阳双江大桥断面 采回的底泥过100目 0.15 筛 30个体积为500mL玻璃浸泡缸 6010型紫外 可见分光光度计 METTLERTOLEDO320pHME-TER酸度计 TW-0.5C旋片式真空泵 1.2试验方法

每5个浸泡缸为一组 共计6组 分别编号为系列1 系列2 系列3 系列4 系列5 系列6 采用HCl和NaOH进行酸碱度的调节 系列1和系列2的pH用HCl调节 系列3未进行pH调节 采用长江原水 系列4 系列5 系列6的pH调节用NaOH 调节后供试水样的pH分别为 系列1为3.98 系列2为6.04 系列3为8.28 系列4为10.07 系列5为11.05 系列6为11.94 因供试水样进行了酸碱度的调节 酸碱度

2试验结果与分析2.1TN试验结果与分析

TN浓度随时间而变化 6组试验所得结果曲线如图1所示 从图1可以看出TN的最大释放量都是在

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收稿日期!2004-06-22基金项目!国家科技部攻关课题资助 2001BA604A01-02-1 作者简介!付春平 1975- 女 黑龙江肇州人 重庆大学硕士研究生 主要从事水污染控制理论与技术的研究

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重庆大学学

报2004年

3d达到最大值 在3d后最大释放量基本上没有变化

泥胶体吸附的NH4+同H+离子竞争吸附位置而被释图1时间-TN浓度关系图

水溶液的pH不同 TN最大释放量也不同 其相关关系如图2

图2pH-TH释放量关系图

pH的变化主要是因为底泥胶体表面存在着可变电荷 可变电荷是随pH值大小而改变的电荷 是由于底泥胶体颗粒表面基团的解离或质子化<结合H+离子>引起的 底泥胶体往往同时带有正电荷和负电荷 所带正电荷和负电荷的代数和即为所带静电荷的数量 在某一pH值条件下 当负电荷和正电荷的数量相等时 胶体的静电荷为零 这就是该胶体的等电点H值 或称电荷零点 当水溶液的pH值低于等电点时 由于-OH基的解离或基团质子化等原因 胶体带正电荷;当水溶液的pH值高于等电点时 则由于H+离子的解离 胶体带负电荷 因此 底泥胶体对H值具有很强的缓冲能力 当pH值较低时由于可变电荷的缓冲作用 使上覆水中的pH值变为较高<相对于原来pH值>也即本组试验的结果中性偏碱<即长江原水本底的pH>;当pH值较高时 情况与此相反 使水溶液的pH值由高变得较低[2] 由于本组试验对酸碱度进行调节 在高pH条件下水中的钙~镁~铝~铁离子与TN中的某些盐类形成沉淀 经过0.451m滤膜过滤时使部分TN不能通过滤膜 因此供试水溶液中的TN浓度较小

H+离子的性质同碱金属的性质相似 铵盐同碱金属盐的性质类似[3] pH越低H+离子浓度越大 底

放出来 并且随H+浓度增大NH4+最大释放量增大 水溶液中TN的浓度也相应的增大 氯离子浓度越高 底泥胶体中吸附的根及一些带负电荷以有机形式存在的TN 同氯离子竞争吸附位置而从底泥释放到水溶液中的量也越大;pH高水溶液中OH-离子浓度大 底泥胶体释放出来的NH4+同OH-离子发生化学反应:NH4++OH-=NH3+H2O结果使TN中的NH4+以NH3的形式从水溶液中逸出 OH-浓度越大 NH4+以NH3的形式逸出量越大 水溶液中TN的浓度降低量越大

2.2TP试验结果与分析

TP浓度随时间的变化:6组试验所得结果曲线如图3所示

图3时间-TP浓度关系图

从图3可以看出TP的最大释放量 系列1至系列5是在3d达到最大值 3d后最大释放量基本没有变化;系列6最大释放量是在1d内就达到最大值 1d后最大释放量基本没有变化 pH值处于系列1至系列4之间时TP的最大释放量基本相同 当pH大于11.05时TP最大释放量急剧增加 其相关关系如图4所示

图4pH-TP最大释放量关系图水溶液pH值处于系列1至系列4之间时TP的最大释放量基本上都在0.030mg/L左右 在此pH值范围内 底泥对TP的吸附量比较大 TP不易释放 但当pH值超过10.07时 由于底泥中含有磷酸铁pp第27卷第10期付春平等#pH与三峡库区底泥氮磷释放关系的试验127

类 磷酸钙 类 磷酸铝 类等物质 -P Ca-P Al-P

因此 在碱性条件下 由于OH-将会取代Fe-P 1

促使Fe Ca-P Al-P的磷酸根离子 Al对TP的固定性减弱 使磷酸盐的解吸过程增强 增加了底泥中的所以pH升高时底泥的TP向水溶液中释放的速率

在pH近中性范围内 磷酸盐TP最大释放量增加 2

-主要以H2PO4-和H2PO2的形态存在 最易与底泥中4

的金属元素结合而被底泥吸附 此时TP最大释放量

内释放完毕并且达到最大值 pH在3.98\\11.05范

围内 而pHTP释放量达到最大值时所需时间为3d 在11.05\\11.94范围内 TP释放量达到最大值时所需时间为1d

2 水溶液的pH在3.98\\11.94范围内 TN的最大释放量随pH的升高而减少 pH小于10.07TP的最大释放量基本没有变化 TP的最pH大于10.07 大释放量急剧增加

3 减少酸性和碱性较大的污水排放入三峡库区 为三峡库区富营养化治理从控制氮磷营养盐含量方面提供参考 参考文献!

第四版 1 M .北国家环保总局.水和废水监测分析方法

中国环境科学出版社 京 2002 278-285.

方怀龙.城市绿地土壤及其管理 中国2 M .北京 崔晓阳

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第二册 3 M .北天津大学无机化学教研室.无机化学

高等教育出版社 京 1992.403.

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6 PREMAZZIG.内负荷的作用 J .环境科学POVINIA

与技术 1987 27 12 56-68.

较小 在酸性范围内 一般的底泥中 磷与铁 铝作3 用 生成不溶性的磷酸盐 并且其固定量在pH为4时

4

所以 固定量很大 pH值处于系列1至系列4之间时 TP的最大释放量很小 此组试验结果同陈淑珠

5

等人 对黄河水和东海磷的吸附与释放过程研究结果

一致 pH为11.05和11.94时 TP的最大释放量增加 pH升高 体系中TP的释放以离子交换为主 铝磷酸盐复合体中磷酸盐发生交换 使磷OH-与铁

6

的最大释放量增大 OH-浓度大量存在 同底泥胶体中的阴离子相互竞争吸附位置 而使底泥中的TP释放出来 pH为11.94时 由于受OH-浓度的影响 TP的释放达到稳定状态时所需时间缩短

3结论通过对三峡库区水溶液的pH值对氮磷释放影响的试验研究及其结果分析 可以得出以下结论

底泥中TN在3d1 pH在3.98\\11.05范围内

RelationshipBetweenpHValueoftheWaterandReleaseSiltBottom

ofNitrogen&PhosphateintheThreeGorges

FUchun-Pin91 ZHONGchen9-hu<2 DENGchun-9u1.COllegeOfUrbanCOnstructiOnandEnivrOnmentalEngineering ChOnggingUniversity ChOngging400030 China

2.ChOnggingInstituteOfEnvirOnmentalScience ChOngging400020 China Abstract ByeXperimentalstudyOfreleasecharacteristicsbOttOmsiltOftOtalnitrOgen TN &tOtalphOsphate

TP intheThreeGOrges theinfluenceandcauseOfpHvaluetOThreeGOrgesbOttOmsiltTN&TPreleaseareanalyZed.pHvaluesisbetWeen3.98tO11.05thereleasecapacityOfTN&TPreachesmaXimalin3daysandpHvaluesisbetWeen11.05tO11.94thereleasecapacityOfTNreachesmaXimalinthe3days.WhilepHvaluebetWeen11.05tO11.94 thereleasecapacityOfTPreachesmaXimalin1days IfpHvalueislOWered themaXimalreleasecapacityOfTNisenhanced ThemaXimalreleasecapacityOfTPbasicallyhasnOchangesOnthecOnditiOnOfpHvaluesbetWeen3.98and10.07 butitsmaXimalreleasecapacityriseseXtremelyObviOusifpHvalueisbetWeen10.07tO11.05.Atthesametime theeXistenceOflatentdangerOftheThreeGOrgesbOttOmsiltTN&TPtOWatergualityiseXplained andthebasisOfeutrOphicatiOntreatmentintheaspectscOntrOlOfN&PnutrientsfOrtheThreeGOrgesissupplied.Keywords theThreeGOrgres bOttOmsilt releaseOfnitrOgen&phOsphatepHvalue

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