土壤胶体对重金属迁移及生物有效性影响的研究进展

土壤中重金属能够通过土壤孔隙迁移至地下水中,对生态环境造成污染,对人体健康构成威胁。土壤胶体因其巨大的比表面积和特殊的双电层结构能够对土壤中重金属的迁移和生物有效性产生影响。总结归纳了pH、离子强度、水动力作用、胶体粒径和孔隙尺寸等因素对重金属迁移行为的阻滞和促进作用。探讨了土壤胶体对重金属生物有效性的影响机制,并对今后的研究方向进行了展望。     

复合纳米材料对土壤重金属离子吸持固化的模拟研究

土壤中过量重金属离子可通过食物链和地表水系统危害人群健康。通过土柱淋溶模拟实验,研究了SiO2-Al2O3-Fe2O3等复合纳米材料对土壤溶液中Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+和Ni2+的吸持与固化特征。分别向重金属含量4倍于土壤二级标准(GB15618-1995)的土壤中添加0%、4%、6%和10%的复合纳米材料,分析不同深度土壤渗滤液以及土柱上栽培植物不同部位中重金属的含量。结果表明,碱性壤质土壤中重金属向下的迁移量很少;在含4%复合纳米材料土柱中,其吸持固化土壤溶液中63%的Cu、79%的Cd、68%的Pb、89%的Zn和76%的Ni;在含6%复合纳米材料土柱中,其吸持固化土壤溶液中82%的Cu、92%的Cd、76%的Pb、91%的Zn和88%的Ni;再增加土柱中复合纳米材料的含量,其吸持固化效果并不再显著增加。     

定流量条件下壤土夹层对苯和Br~-穿透包气带的影响

为研究壤土夹层对VOCs穿透包气带的影响,以苯为特征污染物,Na Br为示踪剂开展室内的渗流模拟土柱实验。模拟包气带对苯的吸附实验,确定吸附平衡时间、最大吸附量,分析砂土和粉质壤土对苯的吸附特性;设计渗流土柱实验,模拟定流量降雨条件下苯在不同构型的土柱中的迁移过程,分析壤土夹层在时间和空间上对苯穿透包气带到达含水层的影响,并得出弥散系数和阻滞系数。结果表明,相对黏粒含量高的壤土夹层显著改变了溴离子的穿透曲线,对污染水有明显的阻水减渗作用,不仅延迟了苯向含水层的迁移时间,而且在一定程度上起到了吸附、降解的阻滞作用,有效降低了特征污染物穿透包气带的含量。     

污染土壤胶体释放特征及其对锌运移的作用

污染土壤样品采自辽宁省某炼锌企业周边农田.通过室内土柱淋溶实验,研究不同pH和离子强度下土壤胶体的释放特征以及对重金属Zn在土壤中运移的作用.结果表明,土壤胶体的释放均呈现先逐渐增强而后渐弱,并趋于稳定.pH和离子强度对土壤胶体的释放有明显的影响,弱酸(pH=6)条件最有利土壤中胶体的释放,其次是中性(pH=7)和碱性(pH=9)条件,在强酸(pH=4)条件下最弱.随离子强度增加,土壤中胶体的释放能力逐渐减弱.淋出液中胶体结合态Zn浓度均超过总Zn浓度的50％,且淋出液中的总Zn浓度与胶体的浓度相关性显著.经SPSS分析,pH=4、6、7和9时,该线性相关系数r分别为0.749、0.948、0.966和0.927,呈极显著相关关系.钙离子强度为0.001、0.01、0.1和0.5mmol/L时,相关系数r分别为0.921、0.895、0.947和0.907,也呈现极显著相关关系.说明土壤地下水中Zn的运移主要受胶体释放的控制.     

水泥潜入河道底泥对重金属镉的拦截作用

基于水泥可潜入河道淤积基质,并可在基质内堆积和凝聚的机理,通过室内土柱积水入渗实验,揭示水泥潜入河床基质阻塞基质孔隙,削减地面水中污染物进入地下水的作用与规律。结果表明,水泥潜入河床基质,对砂壤土质河道淤泥含镉污水中重金属镉累积运移量有抑制作用,且抑制效果显著;水泥潜入砂壤土质河道淤泥对含镉污水中重金属镉浓度也有一定程度的减少作用,减少程度相对明显。该结果可以为抑制河道污染物通过地表向地下水迁移提供技术支撑,同时,为地下水环境污染治理工程选择有效、省时、低成本措施提供理论依据。     

黑土胶体对铅的吸附动力学特征

利用虹吸法从采自于吉林省黑土中分别提取出粒级为5~10、2~5和1~2μm的3种胶体,并通过批次实验法研究不同粒级黑土胶体对Pb2+的吸附动力学。结果表明,不同粒级土壤胶体对Pb2+的吸附过程均表现为快慢2个阶段,其中,10 min内呈现快速吸附阶段,之后为慢速吸附阶段。3种粒级土壤胶体5~10、2~5和1~2μm在pH为6、温度为25℃时,对Pb2+的饱和吸附量为114.45、126.98和131.89 mmol/kg。随pH从2升到6,粒级为5~10、2~5和1~2μm的3种胶体对Pb2+的饱和吸附量分别增加了928%、153%和142%。随温度从25℃升到55℃,粒级为5~10、2~5和1~2μm的3种胶体对Pb2+的饱和吸附量分别增加了16.56%、4.9%和4.89%。不同粒级胶体对Pb2+的吸附量由大到小依次为:1~2μm2~5μm5~10μm。不同粒级胶体对Pb2+的吸附动力学均较好地符合拉格朗日准二级动力学方程,说明该吸附过程以化学吸附为主。准二级动力学吸附速率常数表明,随着吸附剂粒径增大,吸附速率降低。4种温度范围内随着温度升高,吸附速率加快。吸附过程的限速步骤为颗粒间扩散。     

胶体迁移及其对典型类固醇雌激素的吸附

研究胶体自身的可迁移性和对污染物的可吸附性能够为地下环境中胶体对污染物的携带迁移作用提供重要依据。通过动态柱实验和静态批实验研究二氧化硅胶体、伊利石胶体和胡敏酸胶体在饱和多孔介质中的可迁移性以及对雌酮和雌二醇的吸附作用。结果表明:不同胶体在饱和多孔介质中的可迁移性有所差异,胡敏酸胶体和二氧化硅胶体分别在石英砂柱和河砂砂柱中迁移性最强,而伊利石胶体在2种多孔介质中的迁移性均较弱;准二级动力学模型对胶体吸附雌激素的数据拟合效果最好,吸附速率的控制因素可能包括表面吸附、化学络合等;Langmuir模型对胶体吸附雌激素的拟合效果较Freundlich模型更好,推测胶体对雌激素的吸附为单层吸附,3种胶体对雌酮和雌二醇的最大吸附量分别为90.09～3 333 mg?kg~(-1)和116.28～2 000 mg?kg~(-1)。因此,胶体的可迁移性和对雌激素的吸附作用能够为胶体影响雌激素在地下环境中的迁移提供理论指导。     

非均质多孔介质对水平潜流人工湿地水力效率的影响

对比以不同粒径(4～9、8～12、11～17mm)非均质多孔介质(玻璃珠)作为基质的水平潜流人工湿地(以有机玻璃板材模拟)的水力效率、水力停留时间等参数,并参照其流态变化进行分析。结果表明:(1)均以上端为进水口、下端为出水口,水流流经不同粒径玻璃珠的水平潜流人工湿地会产生不同的流态。(2)玻璃珠粒径小(4～9mm)的水平潜流人工湿地中,染料在其中运动并最终能够迁移到出水口的有效空间最大,空间利用率最大,则有效体积比最大,染料流经区域面积最大;转角处染料呈圆角流过,死区范围小。(3)当玻璃珠粒径为4～9mm时,水平潜流人工湿地具有最长的平均水力停留时间(0.437 8h)和最小的水流散度(标准方差为0.052 5),使得水平潜流人工湿地的有效体积比最高(0.495 7),水力效率也最高(0.469 6)。随着粒径的增大,平均水力停留时间缩短,水流散度增大,而有效体积比和水力效率均呈减小趋势。(4)合理的水力停留时间分布能够提高有效体积比,而有效体积比越高,即污水在水平潜流人工湿地中运动并最终能够迁移到出水口的有效空间越大,污染物与基质以及附着在基质上的微生物的接触越充分,从而提高污染物的去除率。     

粉砂介质包气带中甲苯蒸气挥发的迁移转化

挥发性有机物通过包气带向上迁移到地表或室内引发的蒸气入侵(vapor intrusion,VI)问题越发受到关注。以甲苯作为研究对象,采用土柱实验,对粉砂介质包气带中甲苯蒸气发生的扩散、生物降解的规律进行研究。结果表明,粉砂介质中,甲苯蒸气扩散穿透70 cm土柱时间为24 h,甲苯蒸气在土柱内扩散10 d时,土柱达到短暂的稳态平衡;12~30 d时,处于动态平衡;30~60 d时,土柱内甲苯蒸气浓度下降速率发生变化,土柱内O_2体积分数下降了8%,CO_2体积分数增加了6%;60 d时,甲苯蒸气基本被降解。说明覆盖一定厚度的粉砂对甲苯蒸气的迁移有比较好的阻滞和生物降解作用。     

强化生物通风修复过程中柴油衰减规律及其影响因素研究

强化生物通风技术对于修复因地下储油罐泄漏引起的土壤污染具有很大的应用前景。通过室内土柱模拟柴油泄漏污染土壤，从土柱中总石油烃（total petroleum hydrocarbon，TPH）剖面分布随时间的变化及降解模式角度，分析了其自然衰减和强化生物通风过程。结果表明：初始柴油浓度直接影响着各柱在自然衰减和强化生物通风过程中柱内的残余TPH平衡分布曲线的形状和浓度峰值位置；在前期自然衰减过程中（约1个月），当土壤中的柴油浓度为5 000～40 000 mg油/kg土时，整个柱内TPH变化的主要原因是重力扩散迁移的结果；当土壤中的柴油浓度≤5 000 mg油/kg土时，其TPH的变化不仅是重力扩散迁移作用的结果，生物降解作用也存在；通风约2个月后，抽提作用对于保持土柱上部柴油浓度稳定变化的意义较为突出。