养殖湖泊底泥对氨氮的吸附特性研究
摘要：在实验室模拟条件下，研究了养殖湖泊底泥对氨氮吸附的特征，并分析了底泥理化性质对氨氮吸附特性的影响。结果表明：养殖湖泊底泥对氨氮的吸附主要在前2个小时内完成，2小时以后吸附逐渐达到一个动态平衡；通过试验不同浓度氨氮下景观湖泊底泥对氨氮吸附的量，其最大吸附量在80%左右；氨氮的吸附量与底泥的pH 成负相关关系，与底泥的有机质、阳离子交换量呈正相关关系。
关键词：养殖湖泊底泥氨氮吸附量
氨氮在湖泊沉积物-水体界面的迁移和转化是一个复杂的生物化学过程,在富氧条件下,沉积物库中的有机化合物经矿化作用,生成NH4+扩散进入上覆水体中,提高水体氨氮浓度;而上覆水中的氨氮离子等也能反向扩散进入沉积物种,即发生沉积物对无机氨氮的吸附,且在整个交换过程中氮素主要以氨氮的形式存在[1]。特别是在外源氮存在的情况下,由于外源输入污染物的输入通量较大,来不及降解的污染物直接进入沉积物,沉积物就成为湖泊污染物质的“汇”[2～4]。因此,研究湖泊底泥对氨氮的吸附特征对于改善和治理湖泊的富营养化状况是十分必要的。
本试验所采得样品为孝感市王母湖与野猪湖两大养殖湖泊,其中野猪湖属于分块养殖而王母湖尚属未分割。
1 实验材料与方法
1.1 样品采集和处理
在王母湖和野猪湖2个湖中用彼得森底泥采样器采集表层10cm 的沉积物,风干后经实验室冷冻干燥,测定有机质含量、阳离子交换量以及总氮。所用器皿均用稀盐酸浸泡过夜,所用药品均为分析纯。
1.2 实验方法
1.2.1 吸附动力学试验
称取沉积物干样1.5g若干份,加入20mg/L的氯化铵溶液50mL,在室温下震荡离心,每隔10min取出离心管并在5000r/min条件下离心5min,上清液用0.45um滤膜抽滤,用纳氏试剂法测定其氨浓度。
1.2.2 吸附热力学试验
称取沉积物干样0.5g若干份,加入20mg/L的氯化铵溶液50mL,在室温下离心震荡2h,取出离心管在5000r·min条件下离心5min,取上清液过0.45um滤膜抽滤,测定滤液中氨的浓度。
2 结果与分析
底泥基础数据如下(如表1)。
从表1可以看出,野猪湖的有机质含量和阳离子交换量都比王母湖要高,而pH则略低于王母湖,相对呈弱酸性。
2.1 浓度对底泥吸附氯化铵的影响(如图1)
图1显示的是浓度对野猪湖和王母湖土壤吸附氨氮的折线图,由此我们可以看出,两个湖曲线特征基本一致,都是先上升再到趋近平稳。
从图1我们可以看出,王母湖和野猪湖吸附从0mg/L时的0%开始随NH4Cl浓度升高而升高,王母湖吸附的最高点在15mg/L时为83%,野猪湖吸附的最高点在25mg/L时为82%,在0～1mg/L时,王母湖和野猪湖对NH4+-N吸附量都呈上升趋势,在15mg/L时趋于平衡,在20mg/L以后两湖对NH4+-N的吸附量都有所下降。此试验中在0浓度时王母湖与野猪湖都处于解吸状态,故养殖湖泊的底泥在较低浓度下,首先是氨氮的解吸过程。而后随着加入氨氮浓度的增加逐渐进入吸附区,且氨氮吸附量的百分数随加入氨氮浓度的增大而增大。但当浓度增加到一定数值时底泥的吸附量达到动态平衡,对氨氮吸附量的百分数会略有下降,这和王娟、王圣瑞等人的研究结果一致。从图1中可以看出,整体上王母湖的吸附量比野猪湖的大,可能是因为野猪湖底泥的有机质含量CEC较高,由于微生物的降解和其他营养盐的作用使野猪湖的本底氨氮含量较高,使其吸附量较王母湖低。
2.2 时间对底泥吸附氯化铵的影响(如图2)
图2显示的是0～180min内底泥对氨氮的吸附折线图。从图2我们不难看出两条曲线并非平稳上升,而是有一定波动幅度。
由图2可知,王母湖底泥样品对NH4+-N吸附的最大浓度在90min 为1.680mg/g,最小浓度在0min时为1.642mg/g,从图2可以看出,王母湖和野猪湖在前30min内吸附较平稳,但野猪湖稍高于王母湖,60min 后,两湖吸附量差异较大,但野猪湖稍高于王母湖,在60min和180min 两点处,野猪湖远高于王母湖样品。在60min～180min王母湖和野猪湖的吸附量都有一个下降和回升的趋势但王母湖下降的要低一些,应该是由于野猪湖的本底铵态氮较高其下降的较少。
3 结语
本文在室内模拟条件下,研究了王母湖和野猪湖两个养殖湖泊的土壤对氨氮的吸附,并从时间和浓度两个方面对其进行分析,得出以下结论。
(1)两湖中的底泥对氨氮的吸附在较低浓度时,吸附速率较快,其最大吸附浓度在80%左右。
(2)两湖中的底泥对氨氮的吸附主要发生在前90min内,随后,吸附量逐渐平稳。
参考文献
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