腐殖酸与重金属在黄土中的吸附规律研究.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:山西省基础研究项目()作者简介:段清()男河北张家口人硕士主要从事水资源与环境方向研究 电话:.通信作者:时红()女河北沧州人高级实验师硕士从事水资源与水环境、环境工程的研究 :.腐殖酸与重金属在黄土中的吸附规律研究段清张永波郭李娜时红(.太原理工大学 水利科学与工程学院山西 太原 河北工程大学 水利水电学院河北 邯郸.太原理工大学 生态学学院山西 太原.太原理工大学 环境科学与工程学院山西 太原)摘 要:以黄土、腐殖酸和重金属离子为研究对象基于吸附实验研究了黄土对腐殖酸及 、种重金属离子的吸附规律 结果表明黄土对各污染物的去除率随着固液比增大、溶液 增大、初始浓度减小、吸附时间的延长明显增大而且对不同污染物吸附效果的影响也不同但黄土对重金属离子的吸附量一直保持为 关键词:腐殖酸重金属离子吸附效果中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:我国 多座大中型城市约/饱受垃圾围城之困带来了重大的健康和技术难题 不规范的垃圾填埋会产生大量渗滤液填埋场防渗系统设计不当还会导致垃圾渗滤液渗漏对土壤、地表水和地下水造成严重的环境污染人工修复困难费用昂贵 年以前我国有 以上的生活垃圾采用填埋法处理 年我国仍有.的生活垃圾通过填埋法处理 填埋场所有系统中最关键的部位是衬垫系统衬垫系统的设计好坏将直接关系到整个填埋场的工作效率和经济效益 而我国西北地区黄土资源丰富分布广泛然而适合作为防渗层的优质黏土储量少运输不方便使得填埋场建设费用很高 在环境保护与环境卫生标准规范实施手册中指出如若附近有大量良好的土壤层可优先考虑使用天然衬垫系统 因此在西北地区很多填埋场的天然基础层和人工防渗膜下保护层多为黄土 针对西北地区的现状本文对垃圾渗滤液中的典型污染物腐殖酸()与重金属(、)在黄土中的吸附及相互作用规律进行研究 实验部分.材料与仪器黄土(砂粉土)取自我国华北地区山西省晋中市榆次东区的一处农田区其为黄绵土七水合硫酸锌()、五水合硫酸铜()、硝酸铅()、硝酸铬()均为分析纯 原子吸收分光光度计 总有机碳分析仪 数显油浴恒温振荡器马尔文 电位测定仪 射线多晶粉末衍射仪傅里叶红外光谱仪.实验准备.黄土呈浅灰黄色疏松、颗粒较均匀 其质地为砂粉土砂粒含量.粉粒.黏粒.土过 筛网备用.腐殖酸溶液和重金属溶液配制称取一定量的腐殖酸溶于超纯水中调节 使其完全溶解用总有机碳分析仪测定浓度后备用分别取一定量的七水合硫酸锌()、五水合硫酸铜应用化工第 卷()、硝 酸 铅()、硝 酸 铬()药品溶解于超纯水用原子吸收分光光度计测量重金属浓度配成重金属离子浓度为/的溶液备用.实验方案及方法.实验方案选取重金属 、及腐殖酸的混合溶液为吸附溶液以黄土为吸附剂分别研究固液比、初始浓度及反应时间对黄土吸附重金属及腐殖酸的影响实验方案见表 表 静态吸附实验方案 因素固液比/()初始浓度/()时间/方案一固液比的影响 方案二 的影响 方案三初始浓度的影响.方案四反应时间的影响.实验方法 称取相应质量黄土于 离心管中分别加入相应 值和初始浓度的溶液 置于恒温振荡机中振荡相应的时间 共进行了 组实验每组实验设置 个重复样品 振荡结束后测定上清液中的重金属和腐殖酸浓度利用 电位仪对不同 下的黄土样本和腐殖酸进行测定 结果与讨论.固液比对吸附效果的影响图 为重金属离子及腐殖酸在不同固液比下的去除率图 不同固液比下的去除率.由图 可知在固液比为 /时黄土对 的去除率已经达到了.对 的去除率也达到了.而对 、的去除率仅有.因此黄土对 和 的去除效率较高在固液比为/时对 去除率达到了.对 的去除率达到.可以认为这时黄土已将溶液中的 和 基本去除 对 、的去除率随固液比的增大快速增长在固液比为/时对 、去除率都达到 以上在固液比为 /时对腐殖酸的去除率仅有.对腐殖酸的去除率随固液比的增大明显增加在固液比 /时对腐殖酸的去除率也可达到.因此固液比会显著影响黄土对垃圾渗滤液中各污染物的吸附效果 当固液比增大时溶液中污染物浓度及体积不变黄土质量的增加意味着吸附点位的增加这时对污染物的吸附总量就会随之增大所以黄土对污染物的去除率也会随之增大.对吸附效果的影响图 表示 在 范围内黄土对重金属离子和腐殖酸的去除率图 不同 下的去除率.由图 可知黄土对四种金属离子(、)的去除率随着 的增大而增大在 为 时黄土对 、的去除率分别为.在 范围内黄土对 、的去除率快速增大在 时去除率趋于稳定这时的去除率越来越接近 而在 时去除率逐渐接近于 而黄土对腐殖酸的去除率随着 的升高而明显降低当 为 时去除率接近 而当 为 时去除率仅有.图 和图 分别表示不同 下黄土的 电位和腐殖酸的 电位和粒径 由图 可知随着 增大黄土的正电荷数下降负电荷数上升 不同 条件下黄土对水中 种金属阳离子的吸附机理有两种:低 时以金属阳离子和黄土中的离子交换为主这时不仅黄土中负电荷数较少而且溶液中大量存在的 会和金属离子发生竞争阻碍金属离子与黄土离子的交换吸附量较低随着 升高由于溶液中 含量减少有利于金属阳离子和黄土中的离子交换作用从而有利于吸附反应的进行所以黄土对重金属离子的去除率增大当高 时黄土对重金属离第 期段清等:腐殖酸与重金属在黄土中的吸附规律研究子的去除率主要是静电吸附黄土所带的负电荷增加对阳离子的静电吸附能力增加而且这时溶液中 很少有利于吸附溶液中带正电的金属离子因此黄土对重金属离子的吸附量显著增加图 黄土的 电位.图 腐殖酸的 电位和粒径.由图 可知腐殖酸的负电荷随着 的增大而增多而粒径随 的增大而减小 当 增大时黄土中负电荷随之增多腐殖酸和黄土二者之间的静电排斥增强削弱了黄土对腐殖酸的吸附作用同时溶液中的 也随之增多同腐殖酸发生竞争从而抑制黄土对腐殖酸的吸附 而且腐殖酸的粒径随 增大而减小粒径的减小说明腐殖酸在黄土中的絮凝作用减弱因此腐殖酸的去除率随 的增大而减少.初始浓度的影响图 表示重金属和腐殖酸在不同初始浓度下的去除效果图 不同初始浓度下的去除率.由图 可知黄土对重金属的去除率随离子浓度的升高而降低 在同一浓度下各离子浓度相同但由于各离子与黄土的结合存在竞争导致黄土对各离子的吸附效果不同 通过对比可得黄土对 的吸附效果较好对 的吸附效果较差在离子浓度 /时对两离子的去除率直线下降 而在离子浓度为./时黄土对 和 去除率也能达到以上但随离子浓度的增加去除率明显下降 当离子浓度较低时黄土表面活性位点没有达到饱和所以随着离子浓度的增加溶液中离子数量也随之增加黄土与之碰撞的概率也随之增加从而对各离子的吸附量也在随之增加随着离子浓度的不断加大黄土表面活性位点越来越接近饱和从而吸附量虽在增加但增量却在大幅减少黄土对腐殖酸的去除率先增加后减少但黄土对腐殖酸的吸附作用相对重金属离子较差在腐殖酸浓度为 /时对其去除率达到最大仅有.这可能是由于黄土中本身含有一定量的腐殖酸影响了黄土对其的吸附.时间的影响通过.节方案四可以得到重金属离子和腐殖酸在不同初始浓度下的去除效果结果见图 图 重金属和腐殖酸在不同时间下的吸附量.由图 可知黄土对各污染物的吸附量随吸附时间的延长而增大但对不同污染物的吸附量随吸附时间的变化规律不同应用化工第 卷黄土对 的吸附量随时间的变化幅度最小维持在./之间在 时黄土对 吸附已基本达到饱和而这时对 的吸附量也达到了./黄土对 的吸附量随时间的变化幅度较小在 后基本不变吸附量维持在./左右黄土对 、的吸附量随时间的变化较大在 时对 的吸附量是./前吸附量随时间的变化很大 后吸附基本完成吸附量维持在./左右在 时对 的吸附量仅有./在 之前吸附量随时间缓慢的变化而在 内吸附量快速增大 后吸附量基本不变但 时对 的吸附量仅有./由此可以看出在 前黄土表面吸附点位多 和 会优先被吸附而对 的吸附量较小这可能是由于开始时 和 优先被黄土吸附抑制了对 的吸附 后溶液中其他离子浓度减弱对 的抑制减小从而使对 的吸附速率加快黄土对腐殖酸的吸附量较小 时的吸附量是./随时间增加吸附量也在缓慢的增加 后对其吸附基本完成吸附量维持在./左右 结论本文以黄土与污染物中的腐殖酸和重金属离子(、)为研究对象通过单因素影响实验得到了以下结论()黄土对垃圾渗滤液中含量较高的腐殖酸和重金属离子的去除率随固液比的增大而增大因此可通过调整固液比改善黄土对垃圾渗滤液中污染物的吸附效果()黄土对各重金属离子的去除率随溶液 的增大而增大而对腐殖酸的吸附量随 增大而减小因此可以根据重金属离子与腐殖酸的浓度来调整溶液的 使黄土对各污染物的去除效果达到最好()虽然黄土对污染物的吸附量随溶液浓度的增加而增加但整体来看黄土对重金属的去除率呈现下降的趋势 黄土对腐殖酸的去除效果较差这可能是由于黄土本身含有一定量的腐殖酸()黄土对污染物的去除率随吸附时间的增大而增大因此延长吸附时间有利于提高黄土对溶液中污染物去除效果综上所述黄土对重金属离子有很好的去除效果对腐殖酸也有较好的吸附性可考虑作为垃圾填埋场防渗层中的天然基础层和保护层参考文献:.:.王星星王海芳.山西省某焦化厂土壤重金属污染状况分析与评价.应用化工():.李鸿江赵由才张文海.树脂在垃圾渗滤液生物处理出水中的吸附研究.湖南大学学报():.():.陈少华刘俊新.垃圾渗滤液中有机物分子量的分布及在 系统中的变化.环境化学():.肖雪峰李娟英张雁秋.垃圾填埋场渗滤液的产生、控制处理.环境科技():.王宝贞.城市固体废弃物垃圾渗滤液处理与处置.北京:化学工业出版社:.官桐乐刘永红贺超等.垃圾焚烧渗滤液处理工艺研究进展.应用化工():.史炜柴晓利.西北地区黄土作为垃圾填埋场中间覆盖层的试验.上海大学学报():.陈佳蕊许泽胜张毅等.北京市生活垃圾处理模式发展历程的研究.应用化工():.():.吴峙山黄金屏.环境保护与环境卫生标准规范实施手册.北京:中国建筑工业出版社:.刘珊樊升光孙朝辉等.垃圾渗滤液不同处理阶段金属离子含量分析研究.应用化工():.单双龚庆刘哲等./腐殖酸去除腐殖土中典型重金属效果研究.环境科学与技术():.姜姜.不同林分土壤对重金属吸附及离子间竞争吸附模型研究.南京:南京林业大学.吴宏海刘佩红张秋云等.高岭石对重金属离子的吸附机理及其溶液的 条件.高校地质学报():.刘梦圆.腐殖酸及土壤团聚体结构对重金属 的吸附行为实验研究.徐州:中国矿业大学:.韩雪峰赵宝福朱彤.腐殖酸对污泥中重金属的稳定化研究.非金属矿():.张凤杰.铜在土壤上的吸附行为及共存污染物对其吸附的影响.大连:大连理工大学:.