煤矸石風(fēng)化物-土壤系統(tǒng)中溶解性有機(jī)碳對(duì)鎘吸附解吸特征及機(jī)制研究.pdf

1、溶解性有機(jī)碳(DOC)是土壤有機(jī)碳的重要組成部分，具有移動(dòng)快，穩(wěn)定性差，易氧化分解的特點(diǎn)，對(duì)污染物特別是重金屬具有很強(qiáng)的吸附和絡(luò)合能力，影響重金屬在土壤中吸附解吸行為。本論文圍繞淮南潘一礦區(qū)，選擇重金屬鎘(Cd)為污染物典型代表，通過對(duì)煤矸石風(fēng)化物和土壤的基本理化特性、Cd和DOC含量的測(cè)定，影響因素的確定，系統(tǒng)分析了煤矸石風(fēng)化物-土壤系統(tǒng)中DOC的分布特征、DOC和Cd吸附解吸機(jī)制及動(dòng)力學(xué)模型。最后研究了在該系統(tǒng)中DOC影響下，Cd的

2、吸附解吸機(jī)制及動(dòng)力學(xué)模型，并建立了小尺度多因素耦合函數(shù)模型。
　　(1)DOC在煤矸石風(fēng)化物-土壤系統(tǒng)中的分布特征表明:煤矸石風(fēng)化物中DOC含量高于土壤，DOC在雨水的淋溶作用下，向周邊土壤遷移趨勢(shì)明顯，對(duì)周邊土壤DOC含量有較大的貢獻(xiàn)，貢獻(xiàn)率隨離煤矸石山距離的增大而降低。在垂直方向上，煤矸石風(fēng)化物中DOC含量隨深度的增加逐漸變大;土壤中DOC含量則先減少后增大。另一方面，DOC含量隨著溫度、pH、含水率的增加而增大，與有機(jī)質(zhì)、全

3、氮、速效磷之間呈極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系。
　　(2)DOC在煤矸石風(fēng)化物和土壤中的吸附解吸特性表明:煤矸石風(fēng)化物對(duì)DOC的吸附量和解吸量均低于土壤，并隨著DOC濃度的升高而增大，但煤矸石風(fēng)化物對(duì)DOC的解吸率大于土壤。因此，DOC容易通過淋溶和雨水徑流途徑進(jìn)入土壤，增大土壤DOC含量。煤矸石風(fēng)化物和土壤對(duì)DOC的吸附、解吸動(dòng)力學(xué)曲線表明，吸附和解吸過程都存在2個(gè)階段，即快速反應(yīng)階段和慢速反應(yīng)階段。吸附過程包括0～1h的快速吸附和1

4、.2～6h的慢速吸附;解吸過程包括0～1h的快速解吸和1.2～6h的慢速解吸。
　　(3)Cd在煤矸石風(fēng)化物和土壤中的吸附解吸特性表明:煤矸石風(fēng)化物對(duì)Cd的吸附量和解吸量均高于土壤，并隨著Cd濃度的升高而增大。另一方面，煤矸石風(fēng)化物對(duì)Cd的解吸率大于土壤，因此Cd容易通過淋溶和雨水徑流途徑遷移進(jìn)入土壤、地表水及地下水，造成二次污染。煤矸石風(fēng)化物和土壤對(duì)Cd的吸附、解吸動(dòng)力學(xué)曲線表明，吸附和解吸過程都存在2個(gè)階段，即快速反應(yīng)階段和慢

5、速反應(yīng)階段。吸附過程包括0～0.5h的快速吸附和1～12h的慢速吸附;解吸過程包括0～2h的快速解吸和2.5～12h的慢速解吸。
　　(4)DOC影響下，Cd在煤矸石風(fēng)化物和土壤中的吸附解吸特性表明:DOC的加入，能夠抑制煤矸石風(fēng)化物和土壤對(duì)Cd的吸附能力，使吸附率降低了7.55％～15.04％，同時(shí)提高了二者對(duì)Cd的解吸能力，解吸率提高了20.10％～50.29％。不同濃度DOC影響下，隨著DOC濃度的增大，煤矸石風(fēng)化物和土壤對(duì)

6、Cd的吸附量逐漸減小，解吸量逐漸增大。
　　DOC影響下，煤矸石風(fēng)化物和土壤對(duì)Cd的吸附、解吸動(dòng)力學(xué)曲線表明，吸附和解吸過程都存在2個(gè)階段，即快速反應(yīng)階段和慢速反應(yīng)階段。吸附過程包括0～0.5h的快速吸附和1～12h的慢速吸附;解吸過程包括0～2h的快速解吸和2.5～12h的慢速解吸。
　　(5)分別建立了Cd在煤矸石風(fēng)化物-土壤系統(tǒng)中吸附解吸多因素耦合函數(shù)模型:采用灰色理論對(duì)Cd在煤矸石風(fēng)化物和土壤中的吸附量、解吸量影響因

7、素進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析排序?yàn)?Cd濃度＞DOC濃度＞pH＞溫度。利用回歸分析方法，分別建立了在DOC影響下，煤矸石風(fēng)化物和土壤對(duì)Cd吸附量、解吸量多因素耦合函數(shù)模型，即:Y=a+bXHA+cXT+dXpH+eXCd。該模型與實(shí)測(cè)值進(jìn)行驗(yàn)證相對(duì)誤差較小，可以應(yīng)用于淮南復(fù)墾區(qū)域內(nèi)或類似礦區(qū)的預(yù)測(cè)和驗(yàn)證工作。
　　綜上所述，進(jìn)入土壤環(huán)境中的Cd易于吸附，長(zhǎng)期滯留在土壤環(huán)境導(dǎo)致土壤污染。而DOC的加入，能明顯抑制煤矸石風(fēng)化物和土壤對(duì)Cd的吸附