动水条件下平原河网沉积物对氨氮吸附热力学和动力学研究

许少鹏，李 晨

(河海大学，江苏 南京 210008)

0 引言

在我国长三角地区遍布着平原河网，例如处于长三角地区的太湖平原河网地区，该地区地理位置优越、河道比降小，加上径流和潮汐双重作用以及闸泵等水工建筑物对水流的强烈干预，造成河向变化频繁，水体动力学特征复杂，导致平原河网地区的污染物输移规律有着区别于其他区域的独特性。

本研究以太湖两条入湖口河流沉积物为对象，研究了沉积物在不同转速下对氮盐的吸附动力学和吸附热力学行为，为研究治理湖泊的富营养化提供一定依据。

1 材料与方法

1.1 样品的采集

用柱状采泥器在太湖主要出入湖河道(南溪S1和漕桥河S2)采集沉积物原状芯样，转移到半径为6.3cm的有机玻璃圆筒中，在样本表面添加3cm高度的采样点河水后，对有机玻璃圆筒密封处理。采集采样点的河水保存于聚乙烯塑料瓶中，水样采集后带回实验室经0.45μm的微孔滤膜过滤。泥样和水样均置于4℃暗处保存。利用全球定位系统(GPS)对采样点位置进行定位，具体坐标见表1。

表1 沉积物基本理化性质

1.2 沉积物理化性质测定

通过TOC分析仪测定沉积物的有机碳含量。通过吸液管法测量了沉积物的颗粒级配比。

1.3 氮的吸附热力学实验

1.4 氮的吸附动力学实验

1.5 数据分析方法

单位质量沉积物对氨氮吸附量Q(g/ kg)通过如下公式计算:

Q=(C0-Ce)×V/W

式中：V—加入样品中的溶液体积(L)；W—沉积物干样的重量(g)；C0—原溶液中氮、磷浓度(mg/L)；Ce—实验结束后溶液中氮浓度(mg/L)。利用回归法计算出氮吸附/解吸平衡浓度。

2 结果与讨论

2.1 沉积物吸附氨氮的热力学特征

图1 S1采样点沉积物对氨氮吸附的热力学曲线

图2 S2采样点沉积物对氨氮吸附的热力学曲线

本实验中采用Langmuir方程[7]:

Qe=QmKLCe/(1+KLCe)

式中：Qe—平衡吸附量(mg/kg)；Qm—饱和吸附量(mg/kg)；Ce—相应条件下氨氮的平衡浓度；KL—Langmuir吸附平衡常数。

表2 沉积物吸附热力学模型拟合参数

2.2 沉积物吸附氨氮的动力学特征

图3 S1采样点沉积物对氨氮吸附的动力学曲线

图4 S2采样点沉积物对氨氮吸附的动力学曲线

式中：q—沉积物吸附氨氮的量(mg/kg)；t—时间(min)；a、k—常数。

表3 沉积物吸附动力学模型拟合参数

3 结论