氨氮在黃土包氣帶中吸附解吸特征和影響因素探討.pdf

1、關(guān)于土壤對氨氮吸附作用及其影響機制的探討較為廣泛,而吸附/解吸的動力學機制的系統(tǒng)研究較為薄弱,黃土中的物質(zhì)成分對氨氮吸附/解吸的影響機理尚不清楚。本文以黃土高原南緣的西安藍田段家坡黃土剖面為研究對象,以氨氮在黃土中吸附/解吸行為為主線,系統(tǒng)研究氨氮在黃土中吸附/解吸的動力學機制,揭示有機質(zhì)、碳酸鈣和氧化物等對氨氮吸附的影響機制,為水土污染治理研究提供科學支持。
　　主要取得的幾點認識如下:
　　1.黃土和古土壤對氨氮吸附/解

2、吸的動力學過程受控于離子交換反應(yīng)速率,準二級模型擬合效果最佳,方程為:Qt=1k2Qe2t:k2Qet;氨氮解吸速率比吸附慢60倍左右。
　　2.氨氮等溫吸附曲線符合Langmuir EXT1模型,即S=max11:1,古土壤的飽和吸附量較黃土大;氨氮等溫解吸曲線可以分為兩種類型,即線性解吸模型和Langmuir(或Langmuir EXT1)模型,總體來說黃土的解吸能力比古土壤大。
　　3.土壤介質(zhì)對氨氮的飽和吸附量約為解

3、吸量的5倍,明顯存在解吸滯后現(xiàn)象,并且解吸能力越強的土壤,解吸滯后現(xiàn)象越不明顯。黃土的解吸率較古土壤高,說明黃土對氨氮遷移的阻滯能力較弱,淺層地下水受其污染的機率較高。
　　4.在氨氮等溫吸附平衡過程中,pH在6.7~8.1之間,大體呈減小的趨勢。Eh在180mv~270mv之間,淺層土壤(埋深<20m),Eh隨NH4+平衡濃度的增大而降低;中層土壤,Eh在吸附過程中基本不變;深層土壤(埋深>40m),Eh隨NH4+平衡濃度的增大

4、而升高。電導(dǎo)率與NH4+平衡濃度呈線性正相關(guān)關(guān)系。陽離子和Cl-的含量隨NH4+平衡濃度的增大而增大,其他陰離子含量隨NH4+平衡濃度的增大而基本不變,在氨氮吸附過程中的硝化作用可以忽略不計。
　　5.氨氮在包氣帶土壤中的吸附受外部環(huán)境因素(pH、溫度、鹽分)和自身物質(zhì)組成(有機質(zhì)、CaCO3、Fe2O3、Al2O3)的雙重影響,pH越大,吸附量越大,并且堿性條件對氨氮的吸附行為影響更大;pH對氨氮的解吸行為影響不大。溫度越低,吸

5、附/解吸量越大,并且只有當外界環(huán)境中的氨氮濃度較高時,溫度的影響作用才更明顯。鹽分促進氨氮的吸附過程,抑制氨氮的解吸過程,并且氨氮污染負荷越高,鹽分的影響作用越大;NaCl的影響最弱,CaCl2的影響最強,而NaCl—CaCl2交互的影響介于二者之間。較低濃度(<5％)的有機質(zhì)會促進氨氮的吸附/解吸過程,而高濃度的有機質(zhì)有較弱的抑制作用。去除CaCO3后,氨氮吸附/解吸量明顯減小,說明CaCO3對氨氮的吸附/解吸過程有較強的促進作用。F

6、e2O3抑制土壤的氨氮吸附行為,促進其解吸行為,并且氨氮污染負荷越大,Fe2O3的影響越明顯。低濃度的Al2O3促進黃土對氨氮的吸附/解吸,抑制古土壤對氨氮的吸附/解吸,高濃度的Al2O3對其幾乎沒影響;氨氮污染負荷越大,Al2O3對土壤吸附/解吸行為的影響越明顯。經(jīng)過各因素影響大小的對比分析,發(fā)現(xiàn)對氨氮吸附過程有利的因素包括強堿環(huán)境、低溫條件,含有一定量的有機質(zhì)和CaCO3,其中pH影響最明顯;對氨氮吸附過程不利的因素包括鹽分和Fe2

7、O3,其中影響最明顯的是CaCl2。
　　6.氨氮吸附過程中水—巖相互作用主要有斜長石、鉀長石、石膏、巖鹽和白云石的溶解,石英、方解石和伊利石的沉淀,以及陽離子交換作用,其中陽離子交換作用貢獻率最大。模擬得到的NH4+離子交換量和實驗所得氨氮吸附量接近,表明氨氮的吸附主要受離子交換作用的支配;但當氨氮污染負荷較大(100mg/L)時,實驗所得的吸附量比模擬得到的NH4+離子交換量大,二者之間的差值正好和氨氣揮發(fā)量相近,說明傳統(tǒng)實驗