1、 泥沙对三峡水库重金属铜的吸附实验研究 联系方式： 15952078549 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 页 院 系 环境科学与工程学院 专 业 环境工程 年 级 环境 2006级 姓 名 题 目 泥沙对三峡水库重金属铜的静水吸附实验研究 指导教师 评 语 指导教师 (签章 ) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章 ) 成 绩 答辩委员会主任 (签章 ) 年 月 日 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 页 毕业设计（论文）任务书 班 级 学生姓名 学 号 发题日期： 完成日期： 题 目： 泥沙对三峡水库重金属铜的吸附实验研究 1、 本论文的目的、意义 ： 水环境系统中，
2、泥沙通过对污染物质的吸附与解吸，直接影响着污染物质在水固两相间的赋存状态。同时，伴随着泥沙在水体中的运动，污染物质在水体和底泥之中的赋存状态也发生着变化。因此，泥沙与水流共同成为污染物的主要载体，影响着污染物在水体中的迁移转化过程，从而最终影响着水生态环境的状态。这种作用，可以称为泥沙的环境作用。我国河流普遍多沙，河流含沙量总体水平大于国外。随着人口增长、工农业生产发展以及城镇建设速度的加快，我国工业废水和 城镇生活污水排放总量仍在逐年增加，水污染状况严峻的局面还未得到有效控制。河流多沙的客观条件和排污量大的外部因素决定了进行泥沙环境作用研究的必要性，进行更加深入的研究工作对于水质监测、水质评
3、价、水污染控制与规划工作具有重要意义和价值。 2、学生应完成的任务： 选取三峡库区有代表性的河段 ,采集泥沙样品，分析泥沙样品组成，并对不同粒径的泥沙颗粒对不同浓度污染物的吸附特性进行实验研究，探寻不同粒径的泥沙颗粒对重金属等温吸附规律。为 水质监测、水质评价、水污染控制与规划工作 提供信息。 西南交通大学本科毕业论文 第 I 页 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周） 第一部分 相关文献阅读及基础知识学习 (3 周 ) 第二部分 相关英文资料翻译 (2 周 ) 第三部分 论文数据采集 (3 周 ) 第四部分 数据处理以及论文写作 (4 周 ) 第五 部分 初审、修改以及文整 (1 周
4、 ) 评阅及答辩 评阅后修改以及 PPT（或海报制作） (1 周 ) 备 注： 指导教师 ： 2010 年 3 月 2日 审 批 人 ： 年 月 日 西南交通大学本科毕业论文 第 II 页 摘要 河流中的污染物特别是重金属污染物，与河流泥沙 (包括悬移质、推移质和底泥 )的关系甚为密切。河流泥沙吸附了河水中的大部分重金属污染物。 河流悬浮沉积物的理化特征是泥沙环境作用的重要物质基础 。 泥沙颗粒的理化性质与其吸附特性的关系，一直是水化学和土壤化学的重要研究课题。泥沙吸附污染物主要影响因素包括：泥沙理化特性、水体泥沙浓度、污染物浓度、泥沙粒度、紊动强度、温度和 pH值等。 在相同条件下，随着泥沙
5、浓度 增大，水相重金属浓度降低，泥沙吸附容量增大，并且随着泥沙浓度的增大，吸附容量趋近于一定数值，单位质量悬浮泥沙吸附总金属污染物能力下降 。 重金属水相初始浓度对水相平衡浓度有较大影响，平衡浓度随初始浓度增大而增高。重金属水相初始浓度与泥沙吸附总量呈正相关，初始浓度增大，吸附总量随之增大，并逐渐接近泥沙饱和吸附量。 本论文研究泥沙浓度对重金属吸附的影响以及重金属水相初始浓度对泥沙吸附的影响。本文采用一定浓度泥沙溶液吸附一定浓度重金属铜离子，以吸附规律为研究重点，以实验研究为主要方式，设计了两个实验，第一个实验采用 3种不同浓度的泥沙溶液分别对 6种初始水相污染物浓度进行吸附，测出平衡吸附量，
6、从而得出吸附趋势。在第二个实验中，设计采用一定浓度的泥沙溶液对一定浓度的污染物溶液进行吸附，并在 9个不同的时间点测量其吸附量，然后得出泥沙吸附量随时间的变化趋势，得出吸附规律。 关键词 吸附； 泥沙；重金属；铜 西南交通大学本科毕业论文 第 III 页 Abstract River pollutants, especially heavy metal pollutants, have a very close relationship with sediment (including suspended load, bed load and sediment).Sediment adsorb
7、s most of the heavy metal pollutants in the river. Physical and chemical characteristics of river suspended sediment are important material foundation for environmental effects. The relationship between sediment physical and chemical properties and adsorption has been an important research topic of
8、the water chemistry and soil chemistry. Absorption of pollutants major factors include: physical and chemical characteristics of sediment, water sediment concentration, contaminant concentration, sediment particle size, turbulence intensity, temperature and pH value, etc. Under the same conditions,
9、with the increase of sediment concentration, aqueous heavy metal concentration decreased, sediment adsorption capacity increases. As the increase of sediment concentration, the adsorption capacity is close to a certain value, the adsorption capacity of metal contaminants of suspended sediment decrea
10、se. The initial concentration of heavy metals in aqueous phase has great influence on the equilibrium concentration. The equilibrium concentration grows up with increasing initial concentration. Initial concentration of heavy metals in aqueous phase is positively correlated with total sediment adsor
11、ption. With the increase of initial concentration, adsorption amount of the sediment elevates and gradually close to the adsorption capacity. This study focuses on the impact of sediment concentration on absorption of heavy metal of sediment and the impact of initial concentration of heavy metals in
12、 the water on absorption of heavy metal of sediment. Laws of absorption of heavy metal of sediment have been emphasized by experimental research in this paper. Two experiments have been designed to discover those laws. In the first experiment, 3 different concentrations of sediment and 6 different i
13、nitial concentration of heavy mental ion in aqueous phase have been measured by equilibrium adsorption. In the second experiment, with a certain concentration of sediment and heavy mental ion in aqueous phase by adsorption, solution has been measured in nine different time points to obtained the tre
14、nd over the time. Keywords Adsorption; sediment; heavy metals; copper 西南交通大学本科毕业论文 第 IV 页 目 录 第 1章 绪论 1 1.1 概述 1 1.2 重金属的吸附 1 1.2.1 吸附的类型 2 1.2.2 吸附等温式 2 1.3 影响重金属吸附的因素 3 1.3.1 粒度对重金属吸附的影响 3 1.3.2 温度对重金属吸附的影响 3 1.3.3 PH 对重金属吸附的影响 4 1.3.4 重金属吸附的“颗粒效应” 4 1.4水体中重金属的化学稳定性及底泥释放重金属的研究 5 1.5 泥沙 (沉积物、悬浮物 )中
15、各形态重金属含量和泥沙各组分吸附重金属 6 1.5.1 天然水环境泥沙中各相重金属的实测研究结果 7 1.5.2 影响泥沙中重金属形态分布的实验研究 7 1.6 泥沙吸附重金属吸附特征 的实验研究 8 1.6.1 吸附 (解析 )速率 (吸附动力学 )实验研究 8 1.6.2 吸附等沮线和吸附量影响因素的实验研究 9 1.7 研究内容及方法 10 1.7.1 研究内容 10 1.7.2 研究方法 10 第 2章 水环境中泥沙作用 11 2.1泥沙对水体环境质量的影响 11 2.2 泥沙吸附污染物模式及影响因素 12 2.2.1 水体中污染物形态及迁移转化 12 2.2.2 泥沙吸附模式 12
16、2.2.3 泥沙吸附污染物影响因素 13 2.3 泥沙解吸污染物模式及影响因素 14 西南交通大学本科毕业论文 第 V 页 2.3.1 泥沙解吸 模式 14 2.3.2 泥沙解吸污染物的影响因素 15 2.4 泥沙污染物数学模型 16 2.5 小结 16 第 3章 泥沙对重金属铜的吸附实验 18 3.1 Z-5000 赛曼原子吸收分光光度计 18 3.2 实验方案设计 18 3.3 实验目的 19 3.4因素与试剂的选择 19 3.5 实验步骤 19 3.6 实验初始数据 20 第 4章 泥沙对重金属铜吸附的实验结果分析 21 4.1 实验猜想 21 4.2 数据处理分析图 21 4.2.1
17、实验一 21 4.2.2 实验二 22 结论 23 致谢 24 参考文献 25 第一章 绪论 1 百手起驾 整理为您 第 1 章 绪论 1.1 概述 水环境系统 中，泥沙通过对污染物质的吸附与解吸，直接影响着污染物质在水固两相间的赋存状态。同时，伴随着泥沙在水体中的运动，污染物质在水体和底泥之中的赋存状态也发生着变化。因此，泥沙与水流共同成为污染物的主要载体，影响着污染物在水体中的迁移转化过程，从而最终影响着水生态环境的状态。这种作用，可以称为泥沙的环境作用。 我国河流普遍多沙，河流含沙量总体水平大于国外。随着人口增长、工农业生产发展以及城镇建设速度的加快，我国工业废水和城镇生活污水排放总量仍
18、在逐年增加，水污染状况严峻的局面还未得到有效控制。河流多沙的客观条件和排污 量大的外部因素决定了进行泥沙环境作用研究的必要性，进行更加深入的研究工作对于水质监测、水质评价、水污染控制与规划工作具有重要意义和价值。 国内外大量资料业已表明，河流中的污染物特别是重金属污染物与河流泥沙 (包括悬移质、推移质和底混 )的关系甚为密切。正如许多学者证实的那样， 河流泥沙吸附了河水中的大部分重金属污染物。近年来国内外许多学者诸如 Radi Salim、寺岛泰、Giamc Gtupta、 Giffin、 R.A.L.Sparares、汤鸿霄、王晓容、金相灿等人开展了关于河流泥沙及土壤等对重金属污染物吸附 问
19、题的研究。 1 泥沙对水体重金属的影响及其环境效应研究，一直受到不同领域研究者的关注。美国和欧洲中部已污染河流颗粒物上的重金属含量占总金属含量的比例， Cu、 Hg、 Cr在 60 70之间， Pb在 80左右。张曙光等进行了黄河泥沙重金属在背景条件下的生物累计效应模拟实验，实验结果表明， Cu、 Pb、 Cr、 Cd在浑水中鱼体内的含量与清水对照组比较，均略有不同程度的增加，随着时间的延长，这种差异逐渐显著。以上在河流实体上进行的原型观测数据表明，重金属物质在泥沙颗粒物上以吸附状态的存在占有很大比例，并且由于泥沙悬 浮而构成的浑水环境对水体的生化效应和生态效应都产生重要影响。 2 本研究旨在
20、以三峡库区代表性区域的泥沙为研究对象，对不同浓度的泥沙颗粒对不同浓度铜离子污染物的吸附特性进行实验研究， 探寻不同浓度的泥沙颗粒对重金属等温吸附规律。为 水质监测、水质评价、水污染控制与规划工作 提供信息。 1.2 重金属的吸附 固相物质吸附重金属的规律是环境科学、土壤化学和地球化学等学科的重要研究内容。过去的研究主要集中在悬浮物、沉积物和土壤等固相物质对重金属的吸附方面3-5，在研究深度上已经开始探索吸附过程中重金属形态和电荷分布 的变化 6.7，在研究广度上已经扩展到植物营养化学 8 等相邻学科。 鉴于 对今后开展泥沙环境学研究的重要意义以及进行高含沙水流水质和河流生态环境保护的现实意义，
21、就泥沙吸附重金属研究中的关键问题进行系统的分析和综述，包括重金属吸附类型、影响因素和研究方法。 第一章 绪论 2 百手起驾 整理为您 1.2.1 吸附的类型 溶质在固体表面或自然胶体表面上相对聚集的现象称为吸附。另一方面，溶质在自然胶体或固体表面上浓度升高、在液相中浓度下降的现象也被称为吸附。考虑到这种吸附是一种表观现象，所以又称为吸着或吸持。吸持（或吸着）包括吸附、表面沉淀和聚合等。 吸附溶质的胶体或固体称为 “ 吸附剂 ” ，被吸附的溶质称为 “ 吸附质 ” 。 吸附的分类有多种。归纳起来主要包括 9-12 ：（ 1）物理吸附（固体通过范德华引力的作用吸附周围分子）和化学吸附（固体通过化学
22、键力的作用吸附周围分子）；（ 2） 选择吸附（固体从溶液中选择吸附某种离子）、分子吸附（固体在溶液中等当量地吸附正离子和负离子）和交换吸附（固体从溶液中吸附了一种离子，同时又放出一种离子）；（ 3）专性吸附（吸附剂和吸附质的结合力较强）和非专性吸附（吸附剂和吸附质的结合力较弱）；（ 4）表面吸附（又称物理吸附）、离子交换吸附 （固体对各种离子的吸附）和专属吸附（吸附过程中既有化学键的作用，也有加强的憎水键和范德华力作用）。 在各种分类中，物理吸附和化学吸附因充分考虑了吸附分子与表面固体分子或原子间的相互作用力性质而相对有助于揭示吸附机制。 1.2.2 吸附等温式 重金属在悬浮物、沉积物或土壤等
23、固相表面的吸附过程和特征可用非线性吸附等温式来描述 ，其中常用的有 Langmuir 13 和 Freundlich 14 吸附等温式。重金属的吸附反应一般既符合 Langmuir 吸附等温式也符合 Freundlich 吸附等温式，如湘江沉积物 15 对 Cu、 Pb、 Cd 等的吸附、天然斑脱土 16 对 Zn 的吸附和 Cd 在 Fe（ III） Cr（ III）氢氧化物 17 上的吸附等。 虽然 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温式得到了广泛应用，但严格来说它们只是描述气 -固吸附规律的经验公式，而且这两个方程都是在某些特定的假设条件下建立。由于液 固吸附远比气 固吸
24、附复杂，所以这些方程只能作为数据处理的一种方法，而不能完全解释复杂体系中吸附反应的机理。周代华等人 18 提出将这两个方程用于土壤体系时产生一 系列问题：（ 1）方程中参数的物理意义不明确；（ 2） 土壤体系中，吸附一个重金属离子常 常消耗两个表面活性点位，如 Cu2+、 Zn2+等在土壤表面形成双齿配合物时， 一个吸附质点占据两个活性点位，而在推导 Langmuir 方程时假设一个吸附质分子只占据一个活性点位，限制了方程的应用；（ 3） Freundlich 方程中假设吸附剂表面的吸附位置上遵循能量指数分布，这使得它与 Langmuir 方程之间缺乏内在的联系，难以相互取代。 Harter 等 19 认为 Langmuir 方程中参数的大小只能用于不同吸附剂之间的对比，而不能解释反应的机理和结合键的强度。 Elprince等 20 指出传统的 Langmuir 方程不能用来描述离子交换过程。 Houng 和 Lee 21 的研究则表明符合 Langmuir 等温式的吸附数据 可分段用 Freundlich 等温式来描述。 由于固体颗粒物对重金属的吸附受多种因素的影响，所以许多人将不同的影响因素加入到模型中，以描述各因素对吸附的影响。 Fu 等 22 将 pH 的影响加入到多点位
