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复合污染条件下湘江沉积物对镉和菲吸附的研究

作　者: 曾凡凡
导　师: 曾光明
学　校: 湖南大学
专　业: 环境工程
关键词: 镉菲复合污染吸附湘江沉积物
分类号: X522
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

重金属和多环芳烃是环境中往往被同时发现的两类具有较高毒性的污染物。湖南省是著名的有色金属之乡,随着冶炼尾气、废水的排放,以及尾矿和冶炼废渣堆放过程中的污染物淋溶、浸出,多环芳烃和重金属往往同时或先后进入环境,之后随着地表径流、尾气颗粒物沉降等作用进入湘江水体,形成复合污染,对水体质量有着重要影响。长期以来,国内外对重金属和多环芳烃的单独污染进行了较多的研究,少量对其复合污染的研究也大多集中在对其污染效应的研究上,尚未见到有关二者共同存在下其在湘江沉积物上吸附规律的研究。分别选取镉和菲作为重金属和多环芳烃的代表性物质,试验研究复合污染下两种污染物在湘江沉积物上的吸附规律,以期为评价和预测多环芳烃-重金属复合污染水环境中两种污染物的迁移、归宿以及人工控制这类污染提供基础依据。首先对不同河段的湘江沉积物特征进行了分析,其次试验研究了镉存在下菲在湘江沉积物上的吸附特征,探讨镉存在下不同河段湘江沉积物,不同镉离子浓度,不同pH值和微生物存在对湘江沉积物吸附菲的影响。结果显示,镉存在对湘江沉积物吸附菲的热力学规律和动力学规律影响不大,无论镉存在与否,其吸附过程均是一个快速过程,其热力学数据均能够用Freundlich方程较好拟合,但镉存在将导致湘江沉积物对菲的吸附作用增强。这是由于重金属的“键桥”作用,部分DOM被沉积物固相所吸附,从而增大底泥中有机质含量,增大对菲的吸附作用。沉积物浓度越低其吸附菲的线性关系越显著,这时菲在沉积物和水相间以分配作用为主,随着沉积物浓度的升高,吸附热力学数据与Freundlich方程的相关系数降低,这表明在沉积物浓度较高时菲的吸附行为更复杂;沉积物的含碳量不仅影响吸附过程也影响解吸过程;随着沉积物浓度的增加,菲的吸附量减少;镉存在和不存在时湘江沉积物分别在pH为5和4时对菲的吸附作用最强;接种外源多环芳烃抗性微生物将促进湘江沉积物对菲的吸附。最后试验研究了菲存在下镉在湘江沉积物上的吸附特征,并进一步研究了菲存在下水样pH、沉积物浓度及菲浓度对镉吸附的影响。研究结果显示,无论菲存在与否,湘江沉积物吸附镉的热力学数据均能够用Langmuir方程拟合,均属单分子层吸附,动力学数据均可用拉格朗日二级动力学方程拟合,均以化学吸附过程为主,且在湘江沉积物上的吸附均以快速吸附为主,但是菲的存在削弱了沉积物对镉的吸附能力,提高了镉的解吸率;在试验范围内随着水样pH值的增大,菲对沉积物吸附镉的影响越小;沉积物浓度越大,沉积物对镉的吸附量越大;菲对沉积物吸附镉的影响主要是由于菲与镉竞争沉积物颗粒矿物之间的的孔隙以及甲醇化的菲分子与颗粒的结合掩蔽了颗粒物表面的部分极性基团两方面原因造成的。综上所述,镉和菲的共同存在对二者在湘江沉积物上吸附和解吸的动力学规律和热力学规律影响不大,但一定程度的镉污染将导致湘江沉积物对菲的吸附作用增强,而一定程度的菲污染将削弱沉积物对镉的吸附能力。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
插图索引  12-13
附表索引  13-14
第1章绪论  14-34
  1.1 复合污染的概念  14
  1.2 复合污染的分类  14-16
    1.2.1 按污染物的来源分类  14-15
    1.2.2 按污染物的类型分类  15-16
    1.2.3 按复合污染的效应分类  16
  1.3 重金属-有机污染物复合污染研究的重要性  16-17
  1.4 重金属-有机污染物复合污染的研究现状  17-19
    1.4.1 复合污染条件下对污染物质迁移转化行为的研究  17-18
    1.4.2 复合污染环境下对污染物质生态毒理效应的研究  18-19
  1.5 重金属-有机污染物复合污染研究的展望  19-20
  1.6 重金属和多环芳烃污染特点及规律  20-28
    1.6.1 多环芳烃的概述  20-24
    1.6.2 重金属的概述  24-27
    1.6.3 重金属-多环芳烃复合污染的机制  27-28
  1.7 沉积物对多环芳烃和重金属的吸附作用  28-33
    1.7.1 沉积物对多环芳烃的吸附  28-31
    1.7.2 沉积物对重金属的吸附  31-33
  1.8 本课题研究的目的、内容和意义  33-34
第2章沉积物样品的采集和特征分析  34-42
  2.1 沉积物样品的采集与预处理  34
  2.2 沉积物理化性质的测定  34-36
    2.2.1 沉积物含水率的测定  34
    2.2.2 沉积物样品pH 值的测定  34-35
    2.2.3 TOC 测定  35
    2.2.4 沉积物粒径分布的测定  35
    2.2.5 阳离子交换容量（CEC）的测定  35-36
  2.3 沉积物理化性质的测定结果  36-37
  2.4 沉积物表面形貌分析  37-38
    2.4.1 实验方法  37
    2.4.2 实验结果与分析  37-38
  2.5 沉积物红外吸收光谱分析  38-39
    2.5.1 实验材料和方法  38
    2.5.2 实验结果与分析  38-39
  2.6 沉积物X 衍射光谱分析  39-41
    2.6.1 实验材料与方法  39-40
    2.6.2 实验结果与分析  40-41
  2.7 结论  41-42
第3章镉存在下湘江沉积物对菲的吸附  42-53
  3.1 前言  42
  3.2 材料和方法  42-45
    3.2.1 试剂与仪器  42
    3.2.2 试验方法  42-45
  3.3 结果与讨论  45-52
    3.3.1 吸附动力学实验  45-47
    3.3.2 吸附热力学实验  47-50
    3.3.3 镉存在下pH 对湘江沉积物吸附菲的影响  50
    3.3.4 镉离子浓度对湘江沉积物吸附菲的影响  50-51
    3.3.5 微生物、菲、镉共存条件下湘江沉积物对菲的吸附  51-52
  3.4 小结  52-53
第4章菲存在下湘江沉积物对镉的吸附  53-61
  4.1 前言  53
  4.2 材料与方法  53-55
    4.2.1 试剂与仪器  53
    4.2.2 镉溶液的制备与镉离子浓度的测定  53
    4.2.3 模拟水样的制备  53-54
    4.2.4 菲对湘江沉积物吸附镉的动力学影响  54
    4.2.5 菲对湘江沉积物吸附镉的热力学影响  54
    4.2.6 不同pH 下菲对沉积物吸附镉的影响  54
    4.2.7 不同沉积物浓度下菲对镉吸附的影响  54
    4.2.8 菲浓度对镉吸附的影响  54-55
  4.3 结果与分析  55-59
    4.3.1 菲对沉积物吸附镉的动力学影响  55-56
    4.3.2 菲对沉积物吸附镉热力学的影响  56-58
    4.3.3 不同水样pH 值和不同沉积物浓度下菲对沉积物吸附镉的影响  58-59
    4.3.4 菲浓度对沉积物吸附镉的影响  59
  4.4 结论  59-61
结论  61-64
参考文献  64-71
附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录  71-72
致谢  72

复合污染条件下湘江沉积物对镉和菲吸附的研究

内容摘要

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