水铁矿对磷的吸附及胶体态磷迁移能力预测

土壤中流失的磷进入水体容易引起富营养化污染。目前对于铁矿物胶体结合态磷在土壤孔隙介质中的稳定性和迁移能力的认识还存在不足。本研究采用吸附试验,考察水铁矿对磷的吸附特征以及pH、离子强度和胡敏酸对磷在液相、水铁矿胶体和水铁矿固体上分布的影响;通过DLVO理论,预测水铁矿胶体结合态磷的稳定性和迁移能力。结果表明,假二级动力学模型(R2=0.964)更适合用于描述磷在水铁矿上的吸附过程,磷在水铁矿上的吸附受液膜扩散、内部扩散和化学吸附等过程控制。Freundlich模型(R2=0.970)对等温吸附的拟合效果好,说明水铁矿对磷的吸附为多层吸附过程。从Langmuir模型参数可知,水铁矿对磷的最大理论吸附量为22.55 mg·g–1。水铁矿对磷的吸附能力随pH的升高而降低,随离子强度的升高而升高。然而,低离子强度和高pH有利于反应体系中水铁矿胶体的释放。无论胡敏酸是否存在,在碱性且离子强度不高(1~10 mmol·L–1)的条件下,有约5%~20%的磷会与水铁矿胶体结合,且这些磷-水铁矿胶体之间的静电斥力较大。根据DLVO理论计算可知,这些带负电荷的胶体之间稳定性较好,在土壤中有一定迁移能力。在实际农业活动中,磷肥的过量施用可能会使大量的磷酸根离子吸附在铁矿物上,促进土壤孔隙水中形成稳定的、带负电的铁矿物胶体,这种磷-铁矿物复合胶体的迁移很可能成为磷迁移的另一种形式。本研究结果可为胶体促进下磷淋失风险评估提供理论和数据支撑。