PPCPs类污染物在渭河沉积物上吸附行为研究

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PPCPs是一类新型的微量污染物,具有种类繁多、生产消费量大、环境中存在范围广等特点,逐渐成为危险物质污染及防治的研究热点。目前世界各地环境中都存在不同种类的PPCPs残留,其中以抗生素和解热镇痛类药物检出频率最高,PPCPs的污染已成为全球性的环境问题。地表水在补给地下水的过程中,河床沉积物是影响水流和溶质运移的重要介质,河床沉积物对污染物的吸附特征直接影响污染物由表层向下的迁移行为。渭河作为黄河第一大支流,沿岸城市集中,人口密集,畜禽养殖场分布广泛,无论是人用还是兽用药品的用量都特别大,大量的PPCPs通过市政排污进入渭河,尽管有污水处理厂处理,但其目前的技术工艺对微量污染物的去除能力非常有限。因此,研究PPCPs在渭河沉积物中的吸附行为,对于了解其在渭河流域的迁移、归趋有着重要的指导意义,并为有效防治渭河流域地下水PPCPs污染,保障地下水安全提供了重要的理论依据与借鉴。本文选择渭河中游为典型研究区,以土霉素(抗生素类药物)和对乙酰氨基酚(解热镇痛类药物)为目标污染物,从沉积物的矿物组成(长石、石英、云母)、粒径大小(分为固体颗粒和胶体)等角度,通过批量平衡方法,系统的研究了沉积物对两种目标污染物的吸附动力学和吸附热力学特征,探讨了目标污染物在沉积物上吸附的模式,分析了目标污染物在沉积物上吸附的机理。得到如下成果和认识:1.沉积物对目标污染物的吸附过程经历24h基本达到平衡,符合伪一级动力学模型。Langmuir模型和Freundlich模型均能较好的描述沉积物对目标污染物的等温吸附过程,而Langmuir模型拟合的相关性更高,四种误差函数值更小。2.沉积物对目标污染物的吸附具有自发、吸热和熵增的特性,温度的升高有利于吸附的进行。沉积物吸附目标污染物的过程既不是纯粹的化学吸附,也不是纯粹的物理吸附,而是以物理吸附为主导,包含其它吸附行为的复杂过程。3. pH对目标污染物在沉积物上的吸附会产生一定的影响。离子强度升高时,不利于目标污染物在沉积物上的吸附。4.沉积物中主要无机矿物包括长石、石英、云母以及其它一些暗色矿物。粒径大于0.5mm的沉积物中长石和石英的含量占据了90%以上。沉积物中典型无机矿物长石、石英和云母对目标污染物的吸附作用均很小,几乎不发生吸附。5.沉积物中的固体颗粒和胶体吸附目标污染物达到平衡的时间存在较大差异,固体颗粒吸附是在48h左右趋于平衡,而胶体吸附在12h即达到平衡。沉积物中的固体颗粒和胶体对同一目标污染物的平衡吸附量存在巨大的差异,同一吸附介质对不同目标污染物的平衡吸附量也存在较大差异。Langmuir模型均能较好的描述沉积物中的固体颗粒和胶体对目标污染物的等温吸附过程。6.沉积物中的固体颗粒和胶体对目标污染物的吸附具有自发、吸热和熵增的特性,温度的升高有利于吸附的进行。沉积物中的固体颗粒和胶体吸附目标污染物是以物理吸附为主导,包含其它吸附的复杂过程,且与胶体吸附目标污染物相比,物理吸附在固体颗粒吸附目标污染物的过程中所占的比重更大。
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