離子強(qiáng)度、氧化還原電位對(duì)土壤中膠體與Cd-Zn共遷移的影響及數(shù)值模擬.pdf

1、土壤中的重金屬的存在形態(tài)能夠隨著土壤環(huán)境的變化而發(fā)生變化,而可溶態(tài)重金屬在動(dòng)植物體內(nèi)富集,可對(duì)動(dòng)植物體產(chǎn)生毒性,又可通過食物鏈轉(zhuǎn)移到人體內(nèi),威脅人體健康,已引起人們的廣泛關(guān)注。各種鹽離子及膠體普遍存在于土壤中,氧化還原反應(yīng)是土壤的一種基本化學(xué)過程,因此探討它們對(duì)重金屬行為的影響程度及過程具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　 本文以鋅、鎘兩種重金屬和SiO2膠體作為研究對(duì)象,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過加氧化劑(硝酸鐵)和還原劑(L-抗壞血酸)人為

2、改變土壤初始氧化還原電位(Eh),首先研究了靜態(tài)情況下,土壤不同初始Eh、離子強(qiáng)度、膠體存在與否及單一和共存在條件下,Cd、Zn在土壤中的吸附規(guī)律,比較了氧化還原電位、離子強(qiáng)度、膠體及其他陽離子對(duì)不同重金屬吸附的影響,并用Origin8.0軟件擬合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,獲得了吸附參數(shù);然后利用土柱進(jìn)行了Cd、Zn兩種重金屬在不同氧化還原電位(分別為509、258、-125mV)、離子強(qiáng)度(NaNO3濃度分別為0.002、0.01、0.03mol/L

3、)、有無膠體條件下的出流實(shí)驗(yàn),探討了其在不同條件下的遷移規(guī)律,最后用HYDRUS-1D軟件模擬了Zn、Cd在土壤中的穿透曲線(Breakthroughcurves,BTCs),得到運(yùn)移參數(shù)。得出以下結(jié)論:
　　 1)由靜態(tài)等溫吸附實(shí)驗(yàn)可知,無論膠體是否存在,Cd、Zn在三種不同初始氧化還原電位土壤中的吸附量大小順序均為:原棕壤＞還原性土壤＞氧化性土壤;離子強(qiáng)度對(duì)Cd、Zn在土壤中的吸附的影響比較復(fù)雜,尤其是在膠體存在的情況下;膠

4、體能夠抑制土壤對(duì)Cd2+、Zn2+的吸附,且對(duì)Cd的抑制程度大于對(duì)Zn的;Cd、Zn共存條件下三種不同初始氧化還原電位土壤(509、258、-125mV)對(duì)Cd、Zn的吸附量均低于單一體系中的;用Langmuir和Freundlich方程擬合的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)R2均大于0.95。
　　 2)與Br-的BTCs不同的是,重金屬Cd、Zn在土壤中的的穿透曲線呈現(xiàn)非對(duì)稱性并有明顯的“拖尾”。這表明Cd、Zn在土壤中遷移時(shí)存在化學(xué)

5、非平衡現(xiàn)象。有無膠體兩種情況下,Cd、Zn在不同初始氧化還原電位土壤中運(yùn)移時(shí),Cd在氧化性和還原性土壤中的遷移性均大于在原棕壤中的,表現(xiàn)為氧化性土壤和還原性土壤中的Cd的出流時(shí)間提前,出流峰值升高;在氧化性土壤中Zn的遷移性大于原棕壤,而Zn在還原性土壤中的遷移性略小于在原棕壤中的。三種不同初始氧化還原電位土壤中出流液的pH值的高低順序與Eh值的高低順序相反。
　　 3)不管膠體是否存在,Cd在三種不同初始氧化還原電位土壤中的遷

6、移性均隨離子強(qiáng)度的增加而變大,這與Na+的競(jìng)爭(zhēng)吸附有關(guān)。無膠體存在時(shí),隨著離子強(qiáng)度的增加,Zn2+在三種不同初始氧化還原電位土壤中的遷移性增強(qiáng);當(dāng)膠體時(shí),離子強(qiáng)度的變化對(duì)Zn的遷移無明顯影響,這與離子強(qiáng)度對(duì)膠體的影響密切相關(guān)。
　　 4)膠體存在時(shí),Cd、Zn出流峰值出現(xiàn)時(shí)間提前,且出流峰值變大,所以膠體對(duì)Cd、Zn的遷移均有促進(jìn)作用,且對(duì)Cd遷移的促進(jìn)程度大于對(duì)Zn的?？赡艿脑蚴?膠體對(duì)Cd的親和能力大于對(duì)Zn的。當(dāng)膠體存在

7、時(shí),出流液的pH值較無膠體時(shí)的高,而Eh和Ec則較無膠體時(shí)的低。無膠體情況下,不管是Cd、Zn單一存在還是Cd、Zn共存,Zn的遷移性均大于Cd;膠體存在時(shí),單一Zn的遷移性大于單一Cd的,而兩者共存時(shí),Zn的遷移性小于Cd。
　　 5)單點(diǎn)吸附模型能夠較好地描述離子強(qiáng)度和氧化還原電位影響下的重金屬Cd/Zn在土壤中的遷移行為,表現(xiàn)為,r2普遍大于0.750,MSE均小于0.05;擬合的β值普遍較小,質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)ω遠(yuǎn)小于100,