pH和盐度对海河干流表层沉积物吸附解吸磷(P)的影响

作者:安敏;文威;孙淑娟;黄岁樑 刊名:环境科学学报 上传者:张维凤

【摘要】采用等温吸附解吸方法,研究大范围pH(2~12)和盐度(2‰~32‰)对海河表层沉积物吸附解吸磷的影响,并与分级提取技术得到的海河沉积物中磷形态分布相结合,进一步探讨磷在沉积物-水界面的迁移转化机理.结果表明,钙磷(Ca-P)和难溶态磷(Re-P)为海河表层沉积物磷的主要形态.沉积物对磷的吸附符合修正的Langmuir吸附等温线(R2>0.90).海河沉积物(8个典型断面)对磷的理论吸附量较大,说明在今后上覆水含磷浓度较高的情况下,沉积物仍能吸附大量的磷污染物.在海河水磷污染较轻的情况下,沉积物中的磷将释放并导致水体发生富营养化.pH对磷的吸附影响呈"U"型,且随着pH增大,磷的解吸量也增大,这是由于OH-交换能力的增强所致;盐度增大,沉积物对磷的吸附总体呈下降趋势,但在10‰~15‰之间有反复,并且随着盐度增大,磷的解吸量也下降.

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1引言(Introduction)沉积物中的磷主要以无机磷和有机磷两种形态存在(Houseetal.,2002),并在沉积物-水体界面存在吸附沉淀和解吸溶解的动态平衡.随着环境条件的改变,这种动态交换特性也随之变化(Zhouetal.,2005;Bubbaetal.,2003;Jarvieetal.,2005).pH、盐度和溶解氧等对磷在沉积物-水体界面特性的影响较为显著,特别是pH,对磷的吸附影响较为复杂.如对太湖沉积物的研究表明,pH对磷吸附的影响为倒“U”型(Zhouetal.,2005),而刘敏等(2002)对长江河口潮滩沉积物的研究结果则为“U”型,其影响机理和沉积物中离子交换以及磷的形态有极大关系.pH减小,则铝结合态磷先释放,部分CaCO3结合态磷也会释放(徐轶群等,2003);pH增大,氢氧化铁等氢氧化物和CaCO3化合物的表面吸附点位增多,磷的吸附量增加;同时,其表面OH-的离子交换能力逐渐大于PO34-,导致上覆水磷浓度较低时,磷的解吸量也在增加.盐度主要通过阴离子在沉积物吸附点位上的竞争吸附影响磷在沉积物-水的界面特性.溶解氧主要作用于铁结合态磷,溶解氧降低,铁结合态磷由三价被还原为二价向上覆水释放(Houseetal.,2000).海河干流是华北地区的重要河流之一,在天津市的经济发展中具有举足轻重的地位.但由于近年城市化进程加快和工业发展,海河生物多样性下降,多数监测断面水质处于类和劣类(刘国华等,2001),已处于富营养化状态(秦保平等,1998;袁倩等,1998).沉积物中磷含量与国内水体沉积物相比,也已属较高水平(安敏等,2007).目前,对于磷在海河表层沉积物-水体之间的界面交换特性的研究尚未见报道,并且大范围pH和盐度对沉积物吸附解吸磷的影响的报道也不多见.因此,本文在实验室条件下,研究大范围pH和盐度对磷的等温吸附解吸特性的影响.同时,结合海河表层沉积物中不同形态磷的丰度分布,探讨磷在海河沉积物以及水体中的迁移转化机理,以期为进一步治理海河提供参考资料.2材料与方法(Materialsandmethods)2.1样品采集区域与预处理海河干流表层沉积物样品采集区域如图1所示,共8个断面,从西至东(从上游至下游)依次为金刚桥、光华桥、外环河桥、西河闸、二道闸、葛沽镇、中心桥和邓善沽.其中,二道闸以上为淡水(包括二道闸断面),以下为咸水;金刚桥、光华桥和外环河桥位于天津市中心城区,最近几年进行了清淤疏浚;外环河到二道闸属城郊过渡地带;二道闸以下流经东丽区、津南区与塘沽区,现已成为现代化的港口物流、贸易、加工经济区.图1海河干流表层沉积物的断面分布示意图Fig.1SamplinglocationsofsurfacesedimentintheHaiheRiver采样时间为2005年10月.采用深水表层沉积物采样器,在各断面中间采集表层沉积物.样品装入密封塑料袋中,运回实验室后风干,研磨,并过60目筛(0.246mm),置于50mL广口瓶中,4保存待分析.沉积物理化性质如表1所示.表1海河表层沉积物的部分理化性质测定结果Table1PhysiochemicalcharacteristicsofsurfacesedimentsinthemainstreamoftheHaiheRiver断面各粒径物质占沉积物质量百分比细砂极细砂粉粒粉混粒合、粘物粒OM总磷(TP)含量/(mo.lg-1)质量分数总铁(TFe)含量/(mo.lg-1)质量分数金刚桥35.53%19.80%26.97%15.45%7.18%78.990.24%71

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