摻雜添加劑對黃河內(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，必然會影響到人們的身體健康。
　　 本研究考慮到固定劑可能會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和粒徑對沉積物吸附Cd2+、Cu2+、Pb2+的影響。對吸附動力學(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)在沉積物對重金屬吸附過程中具有一定的中間架橋作用。有機(jī)質(zhì)添加劑

4、對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影響其對重金屬的吸附。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)間的延長而線性增大，在1h后沉積物對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重金屬的吸附量顯著增加，而摻雜單寧酸效果相對較差。沉積物原樣吸附重金屬反應(yīng)過程符合Elovich方程(R2≥0.93)，但摻雜添加劑后反應(yīng)多符合雙常數(shù)速率方程動力學(xué)規(guī)律。比較各種添加劑對沉積

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Cd2+、Cu2+、Pb2+的吸附貢獻(xiàn)存在差異，本文利用分配系數(shù)對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。溫度對吸附效果有影響，35℃下沉積物對Cd的吸附量總體高于25℃和18℃下的吸附量，說明該吸附反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。水體酸堿度對沉積物吸附Cd2+、Cu2+、