有机肥释放的水分散性胶体的性质特征及其对土壤重金属迁移活化的研究

发布时间：2020-08-04 13:20

【摘要】：可移动的污染物与固相形态中的可移动性颗粒在流动液体中的扩散有关,悬浮的胶体颗粒可作为污染物的载体,给一些容易反应的污染物提供快速迁移的通道。外源水分散性有机胶体一方面可以成为污染物迁移的载体,促进重金属运移；另一方面也有可能与土体本身存在的水分散性胶体相互作用,促进或抑制原位产生的胶体对重金属的迁移。基于上述假设,本文以有机肥提取的水分散性胶体为研究对象,重金属为目标污染物,表征了外源有机胶体的物理化学性质,研究了水分散性胶体—重金属的结合形态及微观分子结构特征,对有机肥释放的水分散性有机胶体对重金属迁移活化的影响机制进行了一些探讨,主要研究结论如下： 明确了猪粪有机肥中水分散性胶体的物质结构,重金属在不同物相中的分布以及主要重金属元素Cu在不同粒径胶体中的分配及结合形态。提取的水分散性胶体主要为有机物质,不同粒径胶体有机质的官能团结构无明显区别,水分散性胶体中存在晶体物质,主要为石英。有机肥中的重金属大部分滞留在10μm的固体颗粒中。水提取态重金属中, Cu、Zn、Fe、Mn主要以胶体态存在,Ni, Cr,Cd,As则主要以可溶态存在。水提取态有机碳大部分以可溶性有机碳的形式存在。Cu、Zn、Fe、Mn与胶体态有机碳的结合能力大于可溶态有机碳,而Cr、Cd、Ni、As主要与溶解态有机碳相结合。胶体态有机碳与可溶态有机碳对重金属结合能力的大小不同可能是导致重金属分布存在差异的重要原因。胶体态的Cu主要存在于0.02-0.2 gm胶体中,该部分胶体主要以有机成分为主。Cu在1-10μm胶体中以有机结合态与无机结合态存在,而在1μm的胶体中则主要以有机结合态存在。同步辐射X射线吸收光谱研究表明胶体中的Cu均以二价形式存在,且都以络合或者螯合形式存在,不存在离子态的Cu。有机结合态的Cu可能主要与纤维素和木质素中的羧基相结合或结合在微生物细胞上。 揭示了有机肥释放的水分散性胶体的吸附和迁移能力。1-10μm胶体能够保持系统为一个低Cu浓度的环境,其对外源Cu具有很强的缓冲抵御能力。而0.02-0.2μm胶体可能会成为未被污染区域的土壤或地下水层的一个持续性污染源。不同粒径的水分散性胶体通过石英砂介质时会产生拦截、沉积和扩散作用。对于细小的胶体(0.2 gm),迁移作用主要受扩散作用控制,从而促进了重金属Cu的迁移,而对于大胶体(1-10μm),其沉积和介质的拦截在迁移中起主要作用,而且颗粒直径越大,拦截作用越明显。此外,胶体内的有机结合态Cu也促进了Cu在多孔介质中的迁移。 揭示了外源有机胶体影响下Cu、Zn、Cd、Cr在不同类型土壤中的迁移规律,并对影响迁移的因素进行了探讨。酸性条件下,外源胶体的存在对重金属在棕壤和黄壤中的迁移无明显影响；在中性环境中,外源胶体的存在促进了流出液中Cu、Zn、Cd、Cr的迁移。流出液中重金属的浓度与胶体的浓度呈现明显的正相关关系。重金属中50%的Cu以胶体态迁移,Zn、Cd、Cr则主要以溶解态迁移。在钙质碱性土壤中Cu可能以有机胶体结合态、有机络合物或无机碳酸盐、氢氧化物沉淀的形式发生迁移；而Zn、Cr则可能与土壤介质中的铁锰氧化物或含Ca矿物作用而发生共迁移。外源胶体影响下的重金属迁移受胶体动态吸附、土壤溶液化学扰动、土壤介质理化性质、重金属结合形态等因素的影响。有机胶体的存在降低了土壤介质对重金属的阻滞能力,改变土壤胶体对重金属的吸附行为,缩短了重金属迁移至地下水的时间,增加了重金属对地下水的污染风险。 评价了不同来源的外源有机肥胶体对污染土壤中重金属的活化迁移的影响。结果表明LS胶体和PM胶体(分别指腐叶土有机肥与家禽粪便中释放的胶体)比EM胶体(EM有机肥中释放的胶体)和对照更能促进胶体态Cu的迁移。Cd和Mn在试验中几乎均以可溶态迁移,而Pb与Zn存在以胶体态迁移的形式。LS胶体的存在显著增加了胶体态Pb的迁移。且在流出液中存在明显的Cu-Zn复合体,表明这2种重金属在性质上存在一定的相似性。流出液胶体中的Zn是以有机胶体结合态还是矿物结合态存在取决于外源有机肥胶体的性质。在对照和LS胶体的流出液胶体中,Zn主要以层状硅酸盐结合,而EM胶体和PM胶体影响下的流出液胶体中的Zn则主要以有机胶体结合态存在。与对照相比,PM胶体和EM胶体影响下流出液胶体中硅酸盐结合态Zn的减少与LS胶体流出液胶体中硅酸盐结合态Zn的增加表明外源有机胶体的性质如芳香性、疏水性、有机物中的多聚糖类以及无机成分等会影响污染土壤中胶体态重金属的迁移。不同来源的外源水分散性有机胶体不仅可作为污染物迁移的载体促进重金属运移(如EM胶体和PM胶体作用下Zn的迁移),还能与土体本身存在的水分散性胶体相互作用,促进(LS胶体)或抑制(EM胶体和PM胶体)原位产生的胶体对重金属的迁移。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X131.3
【图文】：

图1一3不饱和多孔介质中胶体沉积作用示意图(DeNovio，etal.，2004)Fig.l一3ProeessesaffectingeolloidmovementinunsatoratedPorousmedia.ColloiddeP0sitionmeehanismsineludeattaehmenttograinsbyPhysioehemiealfiltration，attaehmenttoimmobileair-waterinterfaees(waterflow15aroundbubbletraPPedinaPore)，attaehmentbystraininginwater-saturatedPores，andentraPmentinthinningwaterfilmsdurlngdraining(DeNovio，etal.，2004).1.2.4基于可移动性胶体的重金属迁移污染物的迁移是环境科学中较为关注的问题，地下环境中有毒物质的存在促使了迁移反应模型的建立以预测这些有毒物质在环境中的归属。这些模型认为自然的多孔介质以两相的形式存在，即不可移动的固相和可移动的液相(或气相)。因为两相吸附能力的不同，化学污染物分配在不同相。因此，污染物的迁移被分为可移动的溶解性部分与吸附在固相上的静态部分。污染物在固相上的吸附使得液相中溶解性的污染浓度降低。然而在根据固液两相模型对污染物作预测时发现预测值与实地监测值出现了巨大的偏差。后来研究发现，胶体对污染物的促进迁

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本文编号：2780600