1、温州医学院环境与公共卫生学院 本 科 生 毕 业 论 文 （设 计） 题 目 絮凝剂对湿地底泥磷吸附的影响 导师姓名 导师签字 导师所在单位（部门） 环境与公共卫生学院 学生姓名 学院（部） 环境与公共卫生学院 专业班级 环境科 学 08 级 完成时间 2012 年 5 月 10 日 温州医学院环境与公共卫生学院 目 录 摘 要 . 3 第一章 引言 . 4 第二章 材料及方法 . 5 2.1 样品采集 . 5 2.2 试验设计 . 5 2.3 吸附测定 . 5 2.4 计算参数 . 5 第三章 结果与讨论 . 6 3.1 温度对底泥磷吸附的影响 . 7 3.2 絮凝剂作用下对底泥吸磷的影响
2、. 7 3.2.1 FeCl3对湿地底泥磷吸附的影响 . 7 3.2.2 聚合 FeCl3对湿地底泥磷吸附的影响 . 7 3.2.3 AlCl3对湿地底泥磷吸附的影响 . 8 3.2.4 聚合 AlCl3对湿地底泥磷吸附的影响 . 8 3.3 絮凝剂作用下对底泥最大吸磷量的影响 . 9 3.4 絮凝剂作用下对底泥 EPC0 的影响 . 10 3.5 絮凝剂作用下对底泥结合能常数的影响 . 11 3.6 讨论 . 12 第四章 结论与展望 . 14 4.1 结论 . 14 4.2 展望 . 14 参考文献 . 15 致谢 . 16 3 摘要 ： 本实验选取温州三 垟 湿地底泥 ，研究高低絮凝剂（
3、 FeCl3、 AlCl3、聚合 FeCl3、聚合 AlCl3）及温度对湿地底泥磷吸附的影响。结果表明：随着温度的增加，絮凝剂能促进底泥对磷的吸附作用 。 通过各絮凝药剂的加入，能 有效降低湿地底泥间隙水的 SRP 浓度和 EPC0值 ；同时随着各药剂量的增加，底泥对磷的吸附作用加强。各絮凝剂处理下底泥对 磷的吸附能力强弱为： 聚合 FeCl3聚合 AlCl3FeCl3AlCl3。聚合 FeCl3作用下的底泥 EPC0值 最小，最小 值为0.02g/L，最大吸磷量为 337.52mg/kg， 可得聚合 Fecl3作用下的底泥显示更强的从水中吸附磷的能力 。 关键词 ： 底泥；磷吸附；絮凝剂；温
4、度 ABSTRACT: This experiment selects the WenZhou Sanyang wetland soil to research the high and low flocculant (FeCl3, AlCl3, polymerization FeCl3, polymerization AlCl3) and temperature on the influence of phosphorus adsorption of wetland soil. The results show that: along with the increase of tempera
5、ture, flocculation agent can promote the sediment of phosphorus adsorption effect. The wetland of interstitial water SRP sediment concentration and EPC0 can be reduced by adding flocculant; at the same time the sediment of phosphorus adsorption effect is strengthening by improving the drug doses. Un
6、der the action of flocculant, the maximum (Smax) P sorption capacity is: polymerization FeCl3 polymerization AlCl3 FeCl3 AlCl3. EPC0 was lowest in polymerization FeCl3, the minimum EPC0 is 0.02 ug/L, its Smax value for 337.52 mg/kg, all of these indicate that polymerization FeCl3 has a high capacity
7、 of these flocculants to improve soil sorb P. KEY WORDS: soil; phosphorus sorbent; flocculant; temperature 4 第一章 引言 随着经济的快速发展，水体富营养化问题已经成为全球性的环境问题，其修复的关键在于降低水体中氮、磷的含量 。 水体中的磷必须由外界提供 , 而氮可通过水中固氮微生物获得补充 , 因此 磷被认为是湖泊、河湾等水体的限制性营养元素之一 1。 在外源磷输入得到有效控制时，内源磷负荷将严重影响水体水质。因此减少内源磷负荷对缓解水质有着重要作用。 磷在水体中的形式有正磷酸盐、偏磷
8、酸盐、有机磷等多种存在形式，而内源磷负 荷主要由底泥所富集的铁结合态磷和易降解的有机磷组成 2。目前除磷方法有 生物除磷和化学除磷两种方法。 与化学除磷相比，尽管生物除磷具有不需投加药剂、产生污泥量少、操作简便、运行成本低等优点 3-4。但在实际工艺控制过程中，对进水水质水量的要求较高，因此适应性和灵活性较差 。 底泥 自身具有一定的吸附作用，加大湿地底泥对磷的吸附能力可以减少内源磷负荷。可反应磷（ SPR）在 底泥 -水界面迁移转化会改变磷平衡浓度，进而影响湿地生态系统。底泥磷缓冲体系具有维持水体 SRP浓度稳定的功能。在动态平衡条件下，底泥既不吸收亦不释放 SRP，水中 SRP浓度被定义为
9、底泥磷平衡浓度 EPC0。当外界 SRP浓度高于此值时，湿地底泥从水体吸收磷，反之底泥则向水中释放磷 5。因此 EPC0值已被广泛用于底泥磷趋向 (吸附或解吸附 )的判定 。 加强湿地底泥对磷吸附能力是控制内源磷释放的关键。絮凝剂除磷是通过 向含磷废水中投加 金属盐 ， 形成不溶性磷酸盐物并由水中沉淀分离 ， 所生成的絮凝体还同时具有磷吸附作用。向水体中投加 Fe、 Al金属化合物能显著降低叶绿素和总磷浓度 5-6。 湿地作为水陆交互作用的自然综合体，对湿地水体中磷的迁移具有一定的影响 7。 絮凝剂作用下对底泥吸磷作用的影响研究涉及较少。本文拟通过对常规除磷药剂和新型药剂及在温度对湿地底泥磷吸
10、附影响，探究高低分子药剂对底泥固磷差异及其机理，以获取减缓内源磷负荷的较优药剂，为湿地治磷提供依据。 5 第二章 材料及方法 2.1 样品采集 采集自温州三洋湿地不同区域的三处底泥 作为样本。湿地水质用多功能水质监测仪检测。采用灰化法测底泥总磷， 用 UV-2550紫外可见分光光度计测定。湿地水样理化性质见表 1。 表 1 湿地水样理化性质 样品 电导率(m/cm) pH 叶绿素 (g/L) DO (mg/L) NH4+ (mg/L) NH3 (mg/L) S1 0.074 7.16 15.8 6.83 1.56 0.005 S2 0.161 7.16 3 3 6.805 0.008 S3 0
11、.328 6.9 8.5 3.9 15.9 0.024 S1为菜地底泥，叶绿素含量较高； S2为柑橘林底泥，叶绿素含量低， DO量最大； S3为居民生活区底泥氨氮含量最高， DO含量低于正常值，污染较严重。 S1、 S2、 S3土样总磷含量依次为 10.05g/g、 16.19g/g、 38.90g/g。综合比较可得 S3污染较严重，所以采用 S3土样为实验样本，研究各絮凝剂作用下对底泥磷吸附的影响。 2.2 试验设计 称取 5g底泥样品 (干重 )用蒸馏水按泥水比 1： 9制备悬浮液。设置 六个温度档（ 5C、 10C、20C、 25C、 30C、 35C），在不投加 药剂下测定各温度下底泥
12、吸磷情况。选取合适的温度，依据 Fe3+、 Al3+与 PO43-发生沉淀反应所需的量计算而得 Fe:P和 A1:P为 1:1， P的量以土样总磷计（比值为摩尔比 )，向悬浮液中添加各絮凝剂（ FeCl3、 AlCl3、聚合 FeCl3、聚合 AlCl3），混匀，每个药剂按 1:2:4设置三个浓度梯度，实验重复三次。 2.3 吸附测定 取 5 mL经不同处理的悬浮液于离心管，分别准确加入含磷量为为 0， 0.1， 0.5， 1.0， 5.0，10， 25， 50 mg L用 KH2 PO 4配制的 0.01 mol L 的 NaCl 溶液，在恒温振荡器上分别振荡 24 h后，取出离心 (100
13、00 r min， 30 min)。取其上清液于比色管中，用钼锑抗比色法测定上清液中活性磷酸盐的含量。 2.4 计算参数 吸附在底泥上的总磷量通过公式 (1)计算： S = S + S0 (1) 式中： S 底泥总吸附磷量 (mg/kg)； S0 底泥本身吸附的磷 (mg/kg)； S 底泥吸附的外源磷 (mg/kg)， S可以通过公式 (2)计算得到 ： S = Kd C - S0 (2) 式中： C 24 h平衡后溶液中的活性磷浓度 (mg/L )； Kd 线性吸附系数 (L/kg)。 6 平衡浓度 EPC0可以通过公式（ 3）得： EPC0 = S0/K (3) 最大吸附量 Smax通过
14、 Langmiur型吸附定律求得： C/S = 1/K Smax + C/Smax (4) 式中： K 结合能常数。 第三章 结果与 讨论 7 3.1 温度对底泥磷吸附的影响 从表 2可得在一定温度范围内，底泥对磷的吸附作用随着药剂量的增加而加强 。 5C、10C、 20C、 25C 、 30C、 35C 下底泥 EPC0值为： 0.508、 0.239、 0.131、 0.083、 0.060、 0.057。由此可见 25C至 35C吸磷量变化不大 ，从经济角度出发，可把常温 25C作为底泥除磷的适宜温度档 。 表 2 各温度下底泥的吸磷量 (g/g) P mg/L 5C 10C 20C 2
15、5C 30C 35C 0.1 0.004 0.009 0.15 0.2 0.23 0.26 0.5 0.25 0.47 0.88 1.57 1.67 1.89 1 0.47 0.84 1.74 3.75 4.54 5.97 5 4.07 7.66 15.13 18.67 21.02 25.47 10 7.31 14.37 28.47 35.13 37.4 38.07 25 26.18 48.43 70.05 95.74 105.17 110.44 50 64.42 111.82 179.33 212.67 216.29 219.13 3.2 絮凝剂作用下对底泥吸磷的影响 通过絮凝剂的不同处理，
16、每样试剂分为 0.3 mg/g、 0.6 mg/g、 1.2 mg/g 三个浓度。 底泥 对磷的吸附量 (用 Q表示 )由表 3至表 6所示。 3.2.1 FeCl3对湿地底泥磷吸附的影响 表 3 FeCl3 作用下底泥的吸磷量 (g/g) 随着絮凝剂剂量的增加， FeCl3作用下的 底泥吸磷量增加。 当溶液中加入含磷量为 50 mg/L时，此时每 1 g干重底泥中， Q3浓度下的 FeCl3吸磷量最大，最大为 296.03g。 3.2.2 聚合 FeCl3对湿地底泥磷吸附的影响 P mg/L Q1 Q2 Q3 0.1 0.35 0.45 0.69 0.5 2.17 2.45 3.14 1 4
17、.43 5.12 7.68 5 28.57 33.78 40.23 10 40.23 53.2 78.12 25 88.3 100.23 156.4 50 224.56 238.2 296.03 8 表 4 聚合 FeCl3作用下底泥的吸磷量 (g/g) 聚合 FeCl3作用下的底泥吸磷量随着药剂剂量的增加而增加。 当溶液中加入含磷量为 50 mg/L时，此时每 1 g干重底泥中， Q3浓度下的聚合 FeCl3吸磷量最大，最大为 371.41g。与 FeCl3（表 3）相比聚合 FeCl3吸附的磷量较大。 3.2.3 AlCl3对湿地底泥磷吸附的影响 表 5 AlCl3 作用下底泥的吸磷量 (
18、g/g) 随着絮凝剂剂量的增加， AlCl3作用下的 底泥吸磷量增加。 当溶液中加入含磷量为 50 mg/L时，此时每 1 g干重底泥中， Q3浓度下的 AlCl3吸磷量最大，最大为 276.3g。 AlCl3作用下的底泥吸磷量比 FeCl3（表 3）作用下的底泥吸磷量稍低。 3.2.4 聚合 AlCl3对湿地底泥磷吸附的影响 P mg/L Q1 Q2 Q3 0.1 0.048 0.055 0.074 0.5 3.33 3.87 4.18 1 6.85 8.57 8.96 5 39.64 33.73 43.5 10 70.04 78.04 92.37 25 125.3 156.28 185.4
19、7 50 256.83 281.63 371.41 P mg/L Q1 Q2 Q3 0.1 0.03 0.038 0.057 0.5 2.13 2.33 4.33 1 4.64 4.89 9.63 5 28.56 30.58 45.6 10 38.43 49.05 72.76 25 80.53 97.69 136.49 50 216.7 217.53 276.3 9 表 6 聚合 AlCl3作用下底泥的吸磷量 (g/g) 随着絮凝剂剂量的增加，聚合 AlCl3作用下的 底泥吸磷量增加。 当溶液中加入含磷量为 50 mg/L时，此时每 1 g干重底泥中， Q3浓度下的聚合 AlCl3吸磷量最大，
20、最大为 357.85g。聚合AlCl3作用下的底泥吸磷量比 FeCl3（表 3）作用下的底泥吸磷量高，比聚合 FeCl3作用下的底泥吸磷量稍高。 高分子聚合物作用下的底泥吸磷能力高于低分子化合物（见表 3和 4，表 5和 6）。四种絮凝剂中吸磷量大小依次为： 聚合 FeCl3聚合 AlCl3FeCl3AlCl3，可得 聚合 FeCl3 是促使底泥吸磷量最大的药剂，同时增加絮凝剂剂的投入量有利于湿地底泥底泥固磷。 3.3 絮凝剂作用下对底泥最大吸磷量的影响 要真正衡量湿地底泥除磷效果，不能仅仅从吸附量来比较，还必须从底泥的最大吸磷量和底泥对磷吸附平衡浓度等吸附参数来衡量，如下图所示。 图 1 F
21、eCl3作用下底泥最大吸磷量 图 2 聚合 FeCl3作用下底泥最大吸磷量 P mg/L Q1 Q2 Q3 0.1 0.04 0.049 0.065 0.5 3.04 3.42 3.89 1 6.47 8.04 8.25 5 30.42 37.59 40.77 10 65.45 72.24 88.63 25 120.68 150.74 175.45 50 235.44 262.74 357.85 10 图 3 AlCl3作用下底泥 最大吸磷量 图 4 聚合 AlCl3作用下底泥最大吸磷量 各絮凝剂作用下底泥最大吸磷量（图 1 至图 4）明显表明聚合物的最大吸附量大于低分子化合物最大吸附量，随着药剂投加量的增加最大吸附量也在增大。低分子絮凝剂中 FeCl3最大吸附量大于 AlCl3 最大吸附量；聚合物中聚合 FeCl3 最大吸附量大于 聚合 AlCl3 最大吸附量。因此聚合 FeCl3作用下的底泥最大吸磷量高于其它 3 种絮凝剂。 3.4 絮凝剂作 用下对底泥 EPC0的影响 EPC0是衡量底泥吸附作用有效地参数，四种絮凝剂的 EPC0为图 5至图 8所示。 图 5 FeCl3作用下底泥 EPC0(g/L) 图 6 聚合 FeCl3作用下底泥 EPC0(g/L)
