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

1、溶解性有機碳(DOC)是土壤有機碳的重要組成部分，具有移動快，穩(wěn)定性差，易氧化分解的特點，對污染物特別是重金屬具有很強的吸附和絡合能力，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，通過對煤矸石風化物和土壤的基本理化特性、Cd和DOC含量的測定，影響因素的確定，系統(tǒng)分析了煤矸石風化物-土壤系統(tǒng)中DOC的分布特征、DOC和Cd吸附解吸機制及動力學模型。最后研究了在該系統(tǒng)中DOC影響下，Cd的

2、吸附解吸機制及動力學模型，并建立了小尺度多因素耦合函數(shù)模型。
　　(1)DOC在煤矸石風化物-土壤系統(tǒng)中的分布特征表明:煤矸石風化物中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明顯，對周邊土壤DOC含量有較大的貢獻，貢獻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，與有機質(zhì)、全

3、氮、速效磷之間呈極顯著或顯著正相關關系。
　　(2)DOC在煤矸石風化物和土壤中的吸附解吸特性表明:煤矸石風化物對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，但煤矸石風化物對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入土壤，增大土壤DOC含量。煤矸石風化物和土壤對DOC的吸附、解吸動力學曲線表明，吸附和解吸過程都存在2個階段，即快速反應階段和慢速反應階段。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在煤矸石風化物和土壤中的吸附解吸特性表明:煤矸石風化物對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，煤矸石風化物對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入土壤、地表水及地下水，造成二次污染。煤矸石風化物和土壤對Cd的吸附、解吸動力學曲線表明，吸附和解吸過程都存在2個階段，即快速反應階段和慢

5、速反應階段。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，能夠抑制煤矸石風化物和土壤對Cd的吸附能力，使吸附率降低了7.55％～15.04％，同時提高了二者對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，煤矸石風化物和土壤對

6、Cd的吸附量逐漸減小，解吸量逐漸增大。
　　DOC影響下，煤矸石風化物和土壤對Cd的吸附、解吸動力學曲線表明，吸附和解吸過程都存在2個階段，即快速反應階段和慢速反應階段。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Cd在煤矸石風化物和土壤中的吸附量、解吸量影響因

7、素進行灰色關聯(lián)分析排序為: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，煤矸石風化物和土壤對Cd吸附量、解吸量多因素耦合函數(shù)模型，即:Y=a+bXHA+cXT+dXpH+eXCd。該模型與實測值進行驗證相對誤差較小，可以應用于淮南復墾區(qū)域內(nèi)或類似礦區(qū)的預測和驗證工作。
　　綜上所述，進入土壤環(huán)境中的Cd易于吸附，長期滯留在土壤環(huán)境導致土壤污染。而DOC的加入，能明顯抑制煤矸石風化物和土壤對Cd的吸附