土壤剖面有机质垂向变化规律及其对TCE的吸附行为研究

发布时间：2020-04-17 19:16

【摘要】： 有机污染物在从地表进入地下水的垂向入渗过程中,一方面表层土壤/沉积物中含有较高的有机质,对有机污染物的吸附起到了重要作用;另一方面由于包气带下部土壤介质数量巨大,对于有机污染物的吸附同样有重要影响;因此,开展有机污染物在垂向剖面介质中吸附行为特征研究,具有重要意义,本论文以三氯乙烯(TCE)为典型的有机污染物,以北京某地区包气带土壤为研究对象,实验室条件下,研究了垂向剖面上土壤组成、有机质变化规律及其对有机污染物TCE的吸附行为影响特征。论文主要取得以下研究成果:(1)包气带下部土壤的理化性质之间有明显的相关关系,特别是粘粒含量是影响土壤垂向剖面有机质含量、结构组成、腐殖化度以及有机质-矿质复合体变化的一个重要因素,其影响可能高于土壤沉积形成时期有机质初始含量和沉积年代,而有机质含量、结构组成、腐殖化度和复合体的差异对TCE吸附行为产生直接影响,因此,垂向剖面上粘粒含量的变化是影响TCE迁移、转化的关键因素。碱提取液吸光度测量方法简便,可以用作土壤腐殖化度的表征,与胡富比(HA/FA)和HA/TOC表征腐殖化度结果一致。(2)富里酸比胡敏酸酸性强,富里酸多以羧酸形式存在,胡敏酸多以羧基负离子的形式存在,胡敏酸结构比富里酸结构更为致密,同一层位胡敏酸比富里酸含碳量高,饱和程度也更高;表层土壤提取出来的胡敏酸与包气带土壤提取胡敏酸性质不同,表土胡敏酸中含有较多的甲基、亚甲基、羟基和羰基官能团,腐殖化程度相对较低,稳定性差,实验浓度范围内,对TCE吸附的Kd和Koc值均大于包气带土样胡敏酸。(3)在有机污染物垂向入渗的过程中,包气带介质中大量无机矿物的吸附作用不容忽视,土壤矿物组分对TCE等温吸附式为langmuir等温吸附,有最大吸附量;包气带下部土壤吸附过程中,在foc较小时,非线性较明显,当foc0.16%以下时,无机矿物对TCE吸附贡献率相对较高,贡献率可能高达20%以上;随着有机碳含量的升高,当foc0.82%以后,无机矿物的平均贡献率小于5%;有机质对TCE吸附贡献率显著提高,线性吸附趋势显著增强。(4)TCE溶液浓度对吸附产生影响,不同的污染物浓度会引起有机质和矿物质在吸附中的贡献率发生变化,污染物TCE浓度越高,有机质的吸附贡献率相对上升,矿物质的吸附贡献率相对下降。foc=0.16%时,在TCE浓度为50-500μg·L-1范围内,矿物质的贡献率波动范围为28%-16%。而foc1%时,矿物质对吸附的贡献率下降到3%-1%之间。(5)土壤中有机质与粘土矿物是以有机质-矿质复合体形式存在;一方面,复合体中有机质并不是均匀覆盖在矿物质表面,矿物质对有机质存在选择性的吸附,高岭石易于吸附有机质中的—CH2基团,蒙脱土主要吸附芳烃基团;另一方面,土壤中有机质与矿物质结合形成有机质-矿质复合体后,有机质会进一步聚合,形成缩聚体,缩聚体中含有大量孔隙结构,随着复合体中有机质含量的增加,缩聚体聚合更加紧密,复合体内部孔径变小;有机质官能团的吸附效应和空隙填充效应两方面共同作用的结果,最终影响有机质-矿质复合体对有机污染物的吸附;即粘土含量高,复合体中有机质含量高,腐殖化度高,由于官能团对污染物的吸附作用强,空隙填充作用小。
【图文】：

采样地点,碱溶液,胡敏素,富里酸

图 2-1 研究区及采样地点位置示意图Fig 2-1 The studied area and the locations of soil samples壤样品腐殖酸提取与纯化腐殖质在酸碱溶液中的溶解度，可分为胡敏酸、富里酸和胡敏素 3 部分。碱溶液，而不溶于酸；富里酸溶于酸和碱溶液；胡敏素是与矿物紧密结合的，，不溶于酸和碱溶液（Dou S, Xiao Y C, Zhang J J，2006）。土壤腐殖质在形程中，矿化作用和腐殖化作用是影响其含量、结构、组成的两种主要作用表层土壤中腐殖酸含量高，矿化和腐殖化程度均比较低，随着土层加深，腐增加（陈兰，,唐晓红，魏朝福，2007）。

技术路线图,土壤样品,理化指标,物理化学性质

图 2-2 腐植酸提取技术路线图Fig 2-2 Extracting chart for the humus2 土壤样品基本物理化学性质测定与本实验研究相关的土壤样品物理化学性质主要包括 pH 值、含水量、总有机碳含阳离子交换容量、土样矿物成分及其相应含量。土壤样品分析理化指标及方法见下表 2-1 土壤样品测试理化指标和方法Table 2-1 Physical-chemical indexes and analysis methods of soil samples测试项目测试方法
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X53

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