重庆交通大学 重庆 400074
摘要：就近年来国内外有关磷在泥沙中的吸附及解吸研究作了总结，主要从泥沙吸附机制、数学模拟在吸附及解吸中的应用这俩个方面阐述了泥沙与磷的相互关系，并指出了现有研究的不足，提出了未来的发展方向。
关键词：磷的吸附；磷的解吸；研究进展
1.引言
磷是水体生态系统中一种重要的生源要素，为藻类、鱼类等水生生物提供营养，同时它又是造成水体富营养化的关键因子[1]。磷在水体中以颗粒态和溶解态存在，有研究表明[2][3]，水体中80%~90%的磷都以颗粒态的形式吸附在泥沙颗粒表面。这也正是磷与其他污染物不同的地方，磷对泥沙表面具有很强的亲和性[4]，泥沙对于磷来说，起到了“汇”的作用，这些颗粒态磷会随水流扩散迁移，当下游的水动力条件或其他水体环境因素（如温度、pH、金属离子等）改变时，富集在泥沙颗粒上的磷就会释放，从而造成二次污染。另一方面，我国河道、库区泥沙淤积状况严重，这种多孔泥沙絮体比表面积很大，对于磷等污染物的吸附力极强，而且多数絮体不稳定，外界条件改变易引起絮体破碎，从而释放出大量溶解态磷；同时，磷吸附在泥沙颗粒表面后反过来又会对泥沙颗粒的絮凝特性造成影响，因此加快研究磷的吸附解吸规律及磷与泥沙颗粒的相互关系十分重要。
2.泥沙吸附机制
吸附过程主要可以分为七类：①物理吸附，②化学吸附，③选择吸附，④分子吸附，⑤交换吸附，⑥专性吸附，⑦非专性吸附。目前多数研究认为，水体中泥沙对于污染物的吸附方式主要是三类：①物理吸附、②化学吸附、⑤交换吸附。一般来说，物理吸附在较低的活化能条件下就可以进行，因而吸附速度很快，而化学吸附和交换吸附由于涉及化学键的形成等化学反应，需要较高的活化能才可以进行，因此相对于物理吸附来说，反应滞后且吸附速度较慢，图1展示了固定条件下泥沙对磷的吸附、解吸动力学过程，两者都有明显的先快后慢的过程。因此可以认为，泥沙颗粒对于磷的吸附是先以快速的物理吸附为主，随后向缓慢的化学吸附及配位吸附过度，最终达到平衡。
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图1 泥沙吸附/解吸动力学过程
Fig1 Kinetics process of P adsorption and
desorption by sediments
3.吸附模型及应用
3.1 吸附解吸动力学模型
吸附动力学的研究主要是通过动力学模型对数据进行拟合，得出吸附剂吸附溶质的速率快慢，确定吸附-解吸达到平衡的时间，从而探讨其吸附机理。目前用来模拟泥沙吸附解吸磷应用最多的是准一级动力学模型和准二级动力学模型。
（1） 准一级动力学模型
准一级动力学模型主要采用Lagergren方程来计算:
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式中：
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为平衡吸附量，
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为t时刻的吸附量，mg/g；t为反应时间，h；k1为准一级反应动力学速率常数，min-1
根据微分边界条件，对上式从t=0到t＞0（Q=0到Q＞0）进行积分，可以得到：
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（2） 准二级动力学模型
准二级动力学模型可以用McKay方程描述，它的动力学方程表达式主要建立在化学反应或化学吸附基础上:
式中：
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为平衡吸附量，
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为t时刻的吸附量，mg/g；t为反应时间，h；k2为准二级反应动力学速率常数，min-1
同样，根据微分边界条件，对上式从t=0到t＞0（Q=0到Q＞0）进行积分，可以得到：
3.2 等温吸附模型
等温吸附模型同样是对吸附过程进行拟合，通过吸附等温线来描述在恒温条件下，吸附平衡后吸附剂的吸附量与溶质浓度的关系，即在相同温度条件下多个吸附实验结果的概括，这样可以了解到溶质和吸附剂之间相互作用的强弱，并在一定程度上对吸附机理进行解释。目前常用的吸附等温模型有俩种：Langmuir吸附等温模型、Freundlich吸附等温模型，这俩种模型尤其是Langmuir模型具有良好的适用性，得到了广泛的使用，并且等温式不断得到各国研究者们的优化以适应各种条件下的等温吸附，如禹雪中等就基于实验数据,对传统的Langmuir吸附等温式进行了改进,在公式中考虑了吸附过程中泥沙含量的作用,并从河流原型观测数据中得到了验证。赵旭等改进了Langmuir、Freundlich模型，将分形理论应用到模型中，得到了很好的效果。
（1） Langmuir吸附等温模型
Langmuir等温吸附方程的数学表达式如下：
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式中：
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为平衡吸附量，
为最大吸附量，mg/g；
为平衡时溶液中磷浓度，mg/L；
为吸附强度
（2） Freundlich吸附等温模型
Freundlich型吸附等温模型是一种经验模型，它基于吸附剂在多相表面上的吸附，既可以用于物理吸附，也可以用于化学吸附。Freundlich吸附等温方程如下：
式中：
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为平衡吸附量，mg/g；
为平衡时溶液中磷浓度，mg/L；
与是吸附性能的表征，取值范围通常在0.2~0.7。
4.结语
（1）各影响因素对于泥沙对磷的吸附及解吸影响复杂，它们既相互联系又相互制约，河流水体成分复杂，条件多变，单一地研究某种因子的影响效果实际意义不大，只有尽快开展多因素耦合作用研究才能更好更全面地体现出对吸附解吸过程的影响。
（2）现有泥沙吸附污染物的研究中，大多定性地描述了吸附解吸系数与各影响因素的关系，还未能建立吸附解吸系数与各影响因素统一的数学表达式，因此还需结合天然实测资料，率定不同条件及影响因素下的公式参数，建立完善的吸附动力学方程。
（3）泥沙对于污染物的吸附必然离不开泥沙颗粒絮凝的影响，且矿物种类，粒径分布，泥沙浓度，颗粒形态、有机物、pH值、动力条件等等这些会对吸附解吸造成影响的因素同样会影响泥沙的絮凝，因此要加强河流动力学及环境科学等学科的的交叉研究，进一步加深吸附动力学在泥沙絮凝研究方面的应用。
参考文献：
[1]张迎颖，严少华，刘海琴，秦红杰，闻学政.富营养化水体生态修复技术中凤眼莲与磷素的互作机制[J].生态环境学报,2017,26(4):721-728
[2]洪一平，叶闽，臧小平.三峡水库水体中氮磷影响研究[J].中国水利,2004(20):23-24