磷石膏对黄壤的磷吸附-解吸性质影响研究

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磷吸附-解吸性质是土壤固有性质之一。土壤磷吸附过强会造成土壤中磷大量积累,磷肥利用率低;磷吸附过弱易造成土壤磷流失,会造成水体富营养化。因此,土壤磷吸附-解吸性质的调节一直是众多学者研究的热点。磷石膏(PG)是湿法磷酸生产过程中产生的一种固体废弃物,主要成分为二水硫酸钙,还含有水溶性磷酸盐、水溶性氟化物以及少量的铁铝化合物和有机质等。磷石膏污染环境,严重制约磷化工行业和农业的发展,使之资源化利用已然成为全球性的热点课题。已有研究表明,PG可作为土壤调理剂为土壤提供Ca、S和P等营养元素,通过影响土壤酸碱性、铝形态、无定型氧化铁含量等理化性质改良土壤,减少重金属浸出和水土流失等。而土壤的某些理化性质的变化也会对土壤磷吸附-解吸性质产生重要影响。为此,本文提出开展磷石膏对黄壤磷吸附-解吸性质影响的研究,通过在黄壤中分别掺加PG、水洗磷石膏(WPG)和磷石膏溶出物质的方式,研究磷石膏对黄壤磷吸附-解吸性质和动力学行为的影响。考察了PG掺量及培养时间对土壤磷吸附-解吸性质及理化性质的影响,并通过混合土样磷吸附动力学和等温吸附平衡的实验分析,探讨了PG对黄壤磷吸附-解吸性质的影响机制。结果表明:PG掺量对黄壤磷吸附-解吸量影响显著。混合土样磷吸附量随PG掺量增加呈先增加后降低的趋势,随培养时间延长呈先降低后增大,7天后趋于平衡的趋势,培养28天后,PG掺量为0.5 g·(100 g土)-1时,混合土样磷吸附量较CK提升3.72%,磷解吸量提升6.97%;Langmuir方程和Freundlich方程可分别用于描述掺磷石膏的黄壤磷等温吸附和解吸特性。黄壤中掺入PG后的磷吸附量受磷吸附特性参数(Qm、MBC和K)共同控制,磷吸附-解吸过程向解吸方向偏移并降低土样对磷的吸附强度;混合土样的吸附动力学特性可采用准一级方程或准二级方程模型描述。PG掺量超过1g·(100 g土)-1时,土样的吸附动力学特性呈现由符合准一级方程向准二级方程变化趋势;PG的掺入对黄壤磷吸附量、p H、Feo和Zeta电位等理化性质具有明显影响,而混合土样磷吸附-解吸性质受到影响主要是这些理化性质发生变化所致。考察了WPG和培养时间对黄壤磷吸附-解吸性质及理化性质的影响,探讨了相关影响机制。结果表明:随WPG掺量增加,混合土样磷吸附量呈先增加后降低的趋势,磷解吸量则随之增加,培养30天后,WPG掺量为0.5 g·(100 g土)-1时,混合土样磷吸附量较CK提升3.83%,磷解吸量提升5.61%;随培养时间延长,混合土样呈现磷吸附量先增加后降低,解吸量先降低后增大,9天后均趋平衡的趋势,而培养时间的影响同样主要在培养前期。Langmuir方程和Freundlich方程可分别用于描述掺WPG的黄壤磷等温吸附和解吸特性,黄壤中掺入WPG后的磷吸附量受磷吸附特性参数(Qm、MBC和K)共同控制,磷解吸量则受解吸方程常数和吸附强度共同控制。掺WPG的黄壤磷动力学吸附过程符合准二级动力学模型。同样,WPG也是通过改变黄壤p H、Feo等理化性质影响土壤的磷吸附-解吸性质。在考察磷石膏水洗液(PGL)对黄壤磷吸附-解吸性质的影响基础上,研究了磷石膏溶出物质对黄壤磷吸附-解吸性质的影响,以探讨磷石膏对黄壤磷吸附-解吸性质的影响机制。结果表明:PGL对黄壤磷吸附-解吸量影响显著。混合土样磷吸附量随PGL掺量增加呈先增加后降低的趋势,磷解吸量随PGL掺量增加而增加;培养时间对混合土样磷吸附性能的影响呈现随时间延长磷吸附量先增大后降低,9天后趋于平衡的趋势。磷石膏中可溶出的SO42-、H2PO4-和Ca SO4对黄壤磷吸附性质起促进作用,F-对黄壤磷吸附性质起抑制作用;SO42-、H2PO4-对黄壤磷解吸性质起抑制作用,F-对黄壤磷解吸性质起促进作用,适量溶出的CaSO4可促进黄壤的磷解吸性质。
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