離子強度、氧化還原電位對土壤中膠體與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)重金屬在動植物體內(nèi)富集,可對動植物體產(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,因此探討它們對重金屬行為的影響程度及過程具有重要的理論和實際意義。
　　 本文以鋅、鎘兩種重金屬和SiO2膠體作為研究對象,在實驗室內(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、離子強度、膠體及其他陽離子對不同重金屬吸附的影響,并用Origin8.0軟件擬合實驗結(jié)果,獲得了吸附參數(shù);然后利用土柱進行了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驗,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),得到運移參數(shù)。得出以下結(jié)論:
　　 1)由靜態(tài)等溫吸附實驗可知,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;離子強度對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Cd2+、Zn2+的吸附,且對Cd的抑制程度大于對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)實驗數(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)非對稱性并有明顯的“拖尾”。這表明Cd、Zn在土壤中遷移時存在化學(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移時,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、移性均隨離子強度的增加而變大,這與Na+的競爭吸附有關(guān)。無膠體存在時,隨著離子強度的增加,Zn2+在三種不同初始氧化還原電位土壤中的遷移性增強;當(dāng)膠體時,離子強度的變化對Zn的遷移無明顯影響,這與離子強度對膠體的影響密切相關(guān)。
　　 4)膠體存在時,Cd、Zn出流峰值出現(xiàn)時間提前,且出流峰值變大,所以膠體對Cd、Zn的遷移均有促進作用,且對Cd遷移的促進程度大于對Zn的?？赡艿脑蚴?膠體對Cd的親和能力大于對Zn的。當(dāng)膠體存在

7、時,出流液的pH值較無膠體時的高,而Eh和Ec則較無膠體時的低。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,單一Zn的遷移性大于單一Cd的,而兩者共存時,Zn的遷移性小于Cd。
　　 5)單點吸附模型能夠較好地描述離子強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遠小于100,