动水条件下泥沙吸附砷污染物规律探讨范文

摘要：黄河水少沙多，是典型的高含沙河流。实验模拟黄河自然流动状态下泥沙对砷污染物的吸附，利用环形水槽开展动水条件下泥沙吸附砷污染物规律研究，考察了含沙量、初始浓度和吸附时间等影响因素。结果表明：（1）泥沙对砷的吸附很快。当初始浓度为0.05mg/L、0.5mg/L时，吸附平衡分别为300s、60s，去除率分别为83%、90%；（2）含沙量越小，单位质量泥沙对砷的吸附量越大；初始浓度越高，单位质量泥沙吸附量越高。（4）水体中的砷含量随时间呈幂函数下降。

关键词：黄河；砷；泥沙；吸附

一、引言

砷广泛分布于自然环境中，在土壤、水、矿物、植物以及人体组织中都能检测出微量的砷。适量的砷能够促进人体的生长发育，但当人体砷摄入量过多时，就会造成砷中毒，破坏神经、血液及免疫系统，甚至诱发癌症。砷作为类金属物质，毒性大且具有富集性，是环境保护重点监管的一类污染物。水体中的砷常以有机砷和无机砷两种形式存在，其中无机砷比有机砷的毒性大[1，2]，三价砷比五价砷的毒性大[3]。黄河流经9省，作为全国约12%人口的饮用水源[4]，其水质安全至关重要。黄河水少沙多，水体中的砷含量极易受到周围环境条件（含沙量、泥沙级配、流速、pH、温度、Fe3+、Mn2+、有机物等）的影响[5-9]。选矿、制革、冶炼等含砷工业废水排入，以及黄河泥沙天然携带的砷污染物，导致黄河水体砷超标现象时有发生。本课题结合黄河中下游含沙量逐渐减少的水沙情势，利用环形水槽开展动水条件下泥沙吸附砷污染物规律研究，考察了含沙量、初始浓度和吸附时间等影响因素，以期为多沙河流中砷污染危害评价、环境与健康评价等提供科学依据。

二、实验方案

实验在环形水槽中进行，模拟黄河自然环境条件，pH为7.0~8.0，温度为常温，采用原型细沙，流速控制在0.60m/s左右。待浑水水流循环稳定后，一次性加入配置好的含砷溶液。取样位置随取样时间而变，以加药点为起始位置，取样位置即为流速v×取样时间t。取出的水样经过滤后测定水体中砷污染的质量浓度。

三、材料与装置

1．实验用沙实验用沙采自黄河花园口河滩上层较细泥沙，经水洗、浸泡、分离后备用。基于前期静态吸附实验，泥沙中起主要吸附作用的是细沙。因此本次实验用沙采用预处理后的黄河细沙。采用光电宽域颗分仪对实验用沙进行颗粒级配分析。泥沙中值粒径d50=0.014mm，不均匀系数d60/d10=9.25，泥沙比较均匀。

2．实验装置为了模拟河流自然流动状态下泥沙对砷污染物的吸附，本次实验装置采用环形水槽。环形水槽由有机玻璃制成，置于距地面1m的水平面上，水槽宽度为0.15m，总周长为10m；动力装置由变速电机、传动皮带、水轮组成，可调节水槽中水流速度。

四、结果与讨论

1．吸附时间、初始浓度对泥沙吸附砷污染物的影响吸附时间、初始浓度对泥沙吸附砷污染物的影响。砷吸附反应的速度开始非常快，反映了吸附过程以表面吸附为主。砷污染物在很短的时间即达到吸附平衡，初始浓度为0.05mg/L和0.5mg/L时，吸附平衡时间分别为300s和60s，初始浓度越高，吸附平衡时的去除率越高，可分别达到83%和90%。

2．含沙量对泥沙吸附砷污染物的影响含沙量越高，吸附平衡时虽然去除率略高一些，但对砷去除率影响的幅度并不大，远小于初始浓度对去除率的影响。

3．水相中砷污染物含量随时间变化趋势为了进一步说明泥沙吸附量和含沙量、初始浓度之间的关系，对相关数据进行拟合。结果表明，在动水条件下，水体中的砷含量随时间呈幂函数下降。

五、结论

（1）在动水条件下，泥沙对砷的吸附很快。当初始浓度为0.05mg/L时，300s左右可达到吸附平衡，去除率为83%左右；当初始浓度为0.5mg/L时，60s左右可达到吸附平衡，去除率在90%左右。（2）在动水条件下，时间越长单位质量泥沙对砷的吸附量越大；含沙量越小单位质量泥沙对砷的吸附量越大，且初始浓度越高，单位质量泥沙吸附量越多。（3）在动水条件下，水体中的砷含量随时间呈幂函数下降。

作者：应一梅1；辛银平2；李海华1 单位：1．华北水利水电大学环境与市政工程学院，2．河南省正大环境科技咨询工程有限公司