文档介绍：水
利
学
报

2003 年 11 月 SHUILI
XUEBAO 第 11 期
文章编号: 0559
9350 ( 2003) 11
0071
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湖泊底泥中磷释放的随机动力学模型
王颖, 郭世花
( 西安理工大学水利水电学院, 陕西西安
710048)
摘要: 本文从随机过程的观点出发, 推导出湖泊底泥磷相对释放量概率密度函数的随机微分方程, 并给出了相
应的定解条件。利用隐式差分法进行求解, 分析了磷释放的均方差系数( D ) 、吸附系数( K 1 ) 、解吸系数( K 2 )
及其对磷相对释放量概率函数分布的影响情况。所建立的磷释放随机动力学模型计算结果与实验数据吻合良好。
关键词: 底泥; 动力学模型; 磷释放
中图分类号: X524 文献标识码: A
目前, 有关湖泊底泥对磷的吸附问题的研究开展了大量的工作, 而对于湖泊底泥中磷的释放研究
则大多侧重于湖泊的氮磷平衡、背景值的调查以及一些实验研究, 这些工作大多是研究磷在平衡条件
下底泥中磷的释放问题, 因而有局限性。一般来讲, 湖泊底泥中磷的释放是一个缓慢的过程, 比如底
泥中磷的释放平衡时间长达 5d 以上, 因此, 用动力学模型能比较准确地描述底泥中磷的释放过程,
而且, 建立底泥营养盐的释放动力学模型, 也是建立湖泊营养化模型的基本工作之一。
在湖泊底泥中污染物释放动力学模型的研究方面, 对于重金属释放的动力学模型, 已有比较多的
研究。比如裘袒楠[ 1] 给出了静态条件下重金属 Cd 的释放动力学模型, 栾兆坤和汤鸿霄[ 2] 以湘江重金
属污染底泥为研究对象, 给出了释放动力学模型。周孝德和黄廷林[ 3] 则以渭河底泥为研究对象, 研究
了在动态条件下, 底泥中重金属释放的动力学模型。虽然这些工作对于湖泊底泥中磷释放的动力学模
型的研究有借鉴作用, 但由于湖泊底泥中磷的释放机理与重金属的释放机理有所不同, 因而相应的释
放动力学模型也有所不同。
对于湖泊底泥中磷的解吸动力学模型, 一般常用一级反应动力学、二级反应动力学、抛物线扩
散, 修正的 Elovich 公式及双常数速率公式来描述。Amer[ 4] 等用阴离子交换树脂法研究土壤磷素释放
动力学, 表明释放速率不受树脂性质影响, 而只取决于固相磷的溶解速率。Chien[5] 用 Elovich 方程模
拟磷酸盐在湖泊底泥中的释放过程。由于 Elovich 公式是基于气- 固界面化学理论推导出来的, 它可
以较好地描述均匀或不均匀固体表面对气体分子的释放过程, 但对于象湖泊底泥中磷释放的固、液面
化学问题, 应用 Elovich 公式则有局限性。何振立[6] 等研究了我国几种代表性土壤( 包括黄壤、红壤、
砖红壤性土、黄棕壤、黑土和褐土) 磷酸根释放的动力学特性, 结果表明, 供试土壤磷酸根释放量随
时间变化与 Langmuir 动力学方程最为吻合, Elovich 方程其次, 一级动力学相对较差。Elovich 和 Lang
muir 动力学模型与一级动力学模型的不同之处在于前者把扩散过程考虑在内。王建林[ 7] 研究了可变电
荷表面 P 吸附和解吸动力学, 结果表明, P 吸附和解吸动力学均可用修正的 Elovich