胡敏酸作用下针铁矿对重金属铅环境行为的影响

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随着工业、农业生产的飞速发展,重金属引起的环境问题日益严重。目前,关于土壤对重金属环境行为的研究已有较多的报道,其中相当部分为土壤对重金属的吸附作用及形态转化影响的研究。土壤各组分对重金属的吸持作用和形态转化的影响,是制约土壤中重金属生物有效性(毒性)的根本原因。腐殖酸(HA)是土壤有机质中生物稳定性较高的主要组分,是在土壤吸附过程中最活跃的功能物质。而在自然环境中广泛存在的无机胶体-针铁矿,具有较强的专性吸附能力,表现出优越的吸附性能。工业“三废”、机动车尾气的排放、污水灌溉、农药化肥用量、固体废弃物的不断增加,导致土壤中铅含量急剧增加,土壤-植物-环境系统中的铅污染问题日趋严峻,从而使农产品的安全生产受到严重威胁。迄今,国内外关于腐殖酸(HA)和针铁矿对铅的环境行为的影响已有较多的研究,而关于在HA-针铁矿两者共同作用对铅环境行为影响的研究报道较少。由于腐殖酸和针铁矿共存与土壤环境,两者之间的相互影响必将对重金属的环境行为产生深刻的影响。为此,本文通过等温吸附/解吸试验,研究土壤HA与针铁矿复合胶体对重金属铅的吸附/解吸特征,并对影响铅吸附的支配因素进行探讨,并与其单一存在时的影响作比较,掌握胡敏酸影响下针铁矿对铅的吸附/解吸特性。同时,探讨复合胶体对垃圾渗滤液各污染物的去除作用。等温吸附热力学研究表明,针铁矿和复合胶体对铅的吸附率均较高,达到68%以上,而HA对铅的吸附率则呈现不规则变化。但随平衡液铅浓度的增高,三者对铅的吸附量均增加。铅在三种胶体上的等温吸附行为可用Freundlich和Langmuir模型描述。饱和吸附量最大的为复合胶体,其次是针铁矿,最小为HA,分别为883.48mg/g,842.75mg/g和453.79mg/g。而吸附力最强的为复合胶体,其次为HA,最弱的是针铁矿。相应铅的解吸率大小顺序为:HA>针铁矿>复合胶体,复合胶体的解吸率低至1%以下。由于各种胶体表面性质、吸持机理存在差异,它们对铅的吸附/解吸规律表现出不同的特征,其对铅的吸附懈吸行为的影响是多种因素综合作用的结果。铅在针铁矿、HA和复合胶体上的吸附受pH、温度、离子强度及共存离子等因素的影响。试验结果表明,pH对三种胶体吸附铅的影响规律类似,均随着pH的上升,吸附量不同程度的增加,在试验范围的pH条件下,高pH下的吸附量大于低pH的吸附量,pH为7.0时,针铁矿、HA和复合胶体的平衡吸附量分别为116.61mg/g、114.84mg/g、132.4mg/g,而pH为4.0时的平衡吸附量分别为107.9mg/g、105.9mg/g、108.9mg/g。吸附率则有不同的变化趋势,针铁矿和HA随着酸度的上升吸附率升高,而复合胶体则略有降低。温度对铅吸附的影响规律为:随着温度升高,针铁矿和复合胶体吸附铅的能力增大,吸附量增加。在供试条件下,15℃条件下吸附能力低于25℃,可见两者对铅的吸附为放热反应;而随着温度的下降,HA对铅的吸附反而增加,说明其对铅的吸附是一个吸热过程。离子强度对铅的吸附过程也有一定的影响,离子强度增大时吸附量亦增大,反应体系中离子浓度的高低直接影响其对pb2+的吸附。溶液中有并存离子Cd2+存在时,在给定Cd2+浓度条件下,针铁矿和复合胶体、胡敏酸均表现对pb2+的优先吸附,就竞争吸附能力而言,Cd2+<pb2+。但是对于针铁矿和复合胶体,Cd2+离子对pb2+离子仍然存在竞争吸附,pb2+的吸附量有所减少,尽管减少量较小:而并存Cd2+对胡敏酸吸附pb2+几乎无影响,吸附前后Cd92+)的浓度无明显变化。等温吸附/解吸动力学试验表明,铅在针铁矿、HA和复合胶体中达到吸附平衡和解吸平衡的速度与胶体类型有关。HA吸附铅的速度较快,在反应256min时吸附量可达到最终平衡吸附量的90%以上,而复合胶体需要500min,针铁矿需要1000min。与吸附过程相比,铅的解吸过程中有滞后现象出现,铅在HA上达到解吸平衡的速度与吸附相比无较大差异,复合胶体和针铁矿吸附的铅分别在1000min和1500min后解吸量才可达到最大解吸量的90%左右。复合胶体对垃圾渗滤液中主要污染物均有较好的吸附作用,最佳胶体添加量为5mg/L。其中,对P、COD的吸附效果最好,其次是K+,Pb2+,Cd2+,最差的为N,去除率分别为:COD84.77%、总P86.49%、全N35.11%、K+47.69%、pb2+58.21%、Cd2+37.14%。随着温度的升高胶体对污染物的吸附量亦逐渐增大。温度为35℃,胶体添加量为5mg/L,对各污染物的吸附量分别为:Pb2+0.084mg/g,Cd2+0.0088mg/g,K+189.67 mg/g,COD 1153.8 mg/g,全N 106.64 mg/g,总P 23.27 mg/g,去除率分别为:COD87.82%、总P90.45%、全N39.99%、K+48.8%、pb2+62.69%、Cd2+41.9%。
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