不同初始氧化還原電位土壤中重金屬Cd-Zn-Cu的運移實驗及數(shù)值模擬.pdf

1、土壤化學環(huán)境是人類生活的重要環(huán)境因素之一，重金屬污染物能通過多種途徑進入土壤并不斷富集，從而影響著土壤的化學環(huán)境。由于土壤對重金屬離子的強吸附性，傳統(tǒng)上把土壤中的重金屬看作是不動的，但是當土壤環(huán)境發(fā)生變化時，重金屬離子就會釋放到土壤溶液中，并隨之運移到地下水中，對地下水環(huán)境造成污染。氧化還原反應是土壤中一種基本的化學和生物化學過程，可通過改變離子的價態(tài)而對土壤中無機物和有機物的存在形態(tài)、吸附、遷移轉(zhuǎn)化等過程產(chǎn)生作用。因此研究土壤的氧化還

2、原電位對重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響，對深入了解重金屬在土壤中的運移行為和歸宿、評價其污染風險以及進行污染修復有重要意義。
　　 本文以較為常見的鎘、鋅、銅三種重金屬作為研究對象，以五種不同初始氧化還原電位(Eh)的土壤為介質(zhì)，首先研究了靜態(tài)情況下，三種重金屬的吸附、競爭吸附特性；接著重點研究了三種重金屬在五種不同初始Eh土壤中的遷移規(guī)律，并進一步探討了多種重金屬共存時，競爭吸附作用對其遷移規(guī)律和作用機理的影響，并應用美國鹽土實驗室研制

3、的HYDRUS-1D軟件，模擬了重金屬在土壤中的穿透曲線，獲得了擬合參數(shù)；最后運用這些參數(shù)對土壤不同埋深條件下重金屬的遷移行為進行預測。得出以下結論：
　　 1)在靜態(tài)等溫吸附實驗中，五種不同初始Eh土壤對單一重金屬離子的吸附量存在很大差別，還原性土壤>原棕壤>氧化性土壤；隨著平衡液中重金屬濃度的增加，土壤對重金屬的吸附量呈增大趨勢。當兩種重金屬共存時，土壤對單一重金屬的吸附量要大于兩種重金屬共存時的吸附量；三種重金屬離子共存時

4、，重金屬離子的競爭吸附能力大小順序為：Cu2+>Cd2+>Zn2+。另外，隨著平衡液中重金屬濃度的增大，平衡液的pH呈下降趨勢，Eh呈現(xiàn)上升趨勢且均高于土壤初始Eh，平衡液的電導率(Ec)呈上升趨勢，且氧化性土壤的Ec大于還原性土壤的Ec。用Langmuir方程和Freundlich方程對數(shù)據(jù)進行擬合，確定性系數(shù)R2都在0.948以上，總體擬合效果較好，F(xiàn)reundlich方程的擬合效果更佳。
　　 2)Br-在棕壤中遷移的穿透

5、曲線(BTCs)具有較好的對稱性，說明土壤的物理非平衡影響較小。與Br-的BTCs相比，不同初始Eh土壤對三種重金屬BTCs的形狀和峰值等都有影響，所有能檢測出重金屬的BTCs均呈現(xiàn)出不同程度的非對稱性，解吸部分有較長的“拖尾”。
　　 3)對比不同初始Eh土壤中單一重金屬Cd、Zn、Cu的BTCs發(fā)現(xiàn)，氧化性土壤中Cd、Zn、Cu運移較快，表現(xiàn)為出流較早，峰值較高；而還原性土壤能明顯促進Cd的遷移，抑制Cu的遷移，對Zn遷移的

6、影響并不明顯。出流液pH的變化是先下降后上升最后趨于平緩，Eh的變化則是先上升后下降最后趨于平緩。
　　 4)在兩種重金屬離子Cd、Zn的共存實驗中，重金屬出流的拐點比單一離子時出現(xiàn)的提前，峰值也要高，這說明共存條件下，Cd、Zn共同利用吸附點位而使吸附受到彼此牽制。Cd、Zn共存遷移時，出流液pH比單一重金屬離子時的相對要低，Eh相對要高，共存遷移時Ec低于單一重金屬離子存在時的Ec，可能主要是受土壤顆粒表面吸附的陽離子的導電

7、性的影響。
　　 5)在兩種重金屬離子Cd/Cu、Zn/Cu的共存實驗中，重金屬Cd/Zn的穿透曲線出流拐點比Cu的穿透曲線要提前，峰值也要高，這主要是因為共存時，重金屬的不同遷移規(guī)律可能與重金屬水解能力強弱有關。不同初始Eh的土壤中，與單一重金屬離子存在時相比，共存遷移出流液pH都最低，Eh最高，Ec最低。當三種重金屬共存遷移時，出流液峰值順序為：Zn2+>Cd2+>Cu2+，這主要是受不同重金屬離子的離子半徑、原子量、水解常

8、數(shù)和軟度系數(shù)等性質(zhì)的影響。
　　 6)利用平衡模型對Br-的BTCs進行擬合，得到r2>0.98，MSE<0.006，表明Br-的BTCs能被平衡模型較好的擬合，擬合得到的參數(shù)可用于Cd、Zn、Cu運移的數(shù)值模擬。將靜態(tài)吸附的數(shù)據(jù)，用Langmuir、Freundlich方程求得Rd值用于重金屬擬合過程，能夠更好地了解重金屬在不同初始Eh土壤中的吸附特性。
　　 7)由單點吸附模型對不同初始Eh土壤中重金屬Cd、Zn、C