论文部分内容阅读
本文利用Stirred-flow实验，研究了五种场地污染土壤中Cd、Cu、Pb、Zn四种重金属的释放规律，发展了基于WHAM平衡模型的重金属吸附/解吸动力学模型。研究表明，动力学模型计算结果成功地再现了Stirred-flow实验中的实验数据，证明该动力学模型能够比较准确地描述场地污染土壤中重金属释放的吸附/解吸动力学行为。本文的主要的研究内容和研究结果如下所述：
1.本研究测定和分析了五种场地污染土壤的基础理化性质，并用不同的提取方法测定土壤中的重金属含量。结果表明，五种土壤均为含有较少粘土颗粒的酸性土壤，土壤有机质含量较高。因土壤中重金属存在形态的多样性，不同提取方法的到的重金属含量差异较大，根据0.01MCaCl2平衡提取实验结果与WHAM模型平衡计算结果的比较，0.43MHNO3提取得到的重金属在本研究中被认为是活性重金属含量。
2.本研究根据土壤基础理化性质和活性重金属含量，利用WHAM模型计算Stirred-flow实验初始状态下重金属在土壤各吸附位点之间的浓度分布情况。计算结果表明：对于Cd、Cu、Zn，土壤有机质是主要的吸附剂，对于Pb，铁(氢)氧化物与土壤有机质产生了明显的竞争吸附。在土壤有机质中，双齿位点由于其较高的点位密度和吸附强度而成为最重要的重金属吸附位点。
3.本研究利用Stirred-flow实验研究场地污染土壤中重金属的释放规律，并测定了实验过程中溶液相pH、溶解性有机质浓度、重金属浓度的变化规律。结果表明，反应过程中，溶液相pH在反应初期快速上升，之后上升速率减缓并逐渐稳定。溶解性有机质浓度在反应初期迅速上升后快速下降，在之后的反应过程中维持在很低的浓度水平。流出液样品中的重金属浓度在反应过程中逐渐下降，下降速率因重金属种类和土壤的不同而有所差异。
4.本研究利用基于WHAM平衡模型的重金属吸附/解吸动力学模型定量描述Stirred-flow实验中重金属释放的动力学行为，并通过模型拟合得到了各重金属吸附位点的吸附/解吸速率常数。该动力学模型同时考虑了土壤固相吸附位点和溶解性有机质吸附位点对重金属吸附/解吸行为的影响，反应条件对反应速率的影响被整合到吸附速率常数的变化之中。模型拟合结果表明，重金属宏观释放速率主要受土壤固相吸附位点控制，溶解性有机质对重金属整体释放速率的影响很小。对于同一重金属，解吸速率常数在各固相吸附位点之间相差几个数量级，不同重金属在同一固相吸附位点上的解吸速率常数也存在差异。各吸附位点的吸附速率常数随反应pH和该位点重金属浓度的变化而改变。
5.本研究根据模型计算结果分析了重金属释放过程中不同固相组分和不同土壤有机质吸附位点对反应速率的影响。结果表明，对于Cd、Cu、Zn，土壤有机质是主要的控制反应速率的的吸附剂，对于Pb，铁(氢)氧化物对重金属释放过程的影响同样显著。在土壤有机质中，双齿吸附位点是控制反应过程的重要吸附位点。这一结果与重金属初始点位分布计算的结果保持一致，说明了重金属吸附/解吸动力学与重金属吸附平衡之间的一致性。
1.本研究测定和分析了五种场地污染土壤的基础理化性质，并用不同的提取方法测定土壤中的重金属含量。结果表明，五种土壤均为含有较少粘土颗粒的酸性土壤，土壤有机质含量较高。因土壤中重金属存在形态的多样性，不同提取方法的到的重金属含量差异较大，根据0.01MCaCl2平衡提取实验结果与WHAM模型平衡计算结果的比较，0.43MHNO3提取得到的重金属在本研究中被认为是活性重金属含量。
2.本研究根据土壤基础理化性质和活性重金属含量，利用WHAM模型计算Stirred-flow实验初始状态下重金属在土壤各吸附位点之间的浓度分布情况。计算结果表明：对于Cd、Cu、Zn，土壤有机质是主要的吸附剂，对于Pb，铁(氢)氧化物与土壤有机质产生了明显的竞争吸附。在土壤有机质中，双齿位点由于其较高的点位密度和吸附强度而成为最重要的重金属吸附位点。
3.本研究利用Stirred-flow实验研究场地污染土壤中重金属的释放规律，并测定了实验过程中溶液相pH、溶解性有机质浓度、重金属浓度的变化规律。结果表明，反应过程中，溶液相pH在反应初期快速上升，之后上升速率减缓并逐渐稳定。溶解性有机质浓度在反应初期迅速上升后快速下降，在之后的反应过程中维持在很低的浓度水平。流出液样品中的重金属浓度在反应过程中逐渐下降，下降速率因重金属种类和土壤的不同而有所差异。
4.本研究利用基于WHAM平衡模型的重金属吸附/解吸动力学模型定量描述Stirred-flow实验中重金属释放的动力学行为，并通过模型拟合得到了各重金属吸附位点的吸附/解吸速率常数。该动力学模型同时考虑了土壤固相吸附位点和溶解性有机质吸附位点对重金属吸附/解吸行为的影响，反应条件对反应速率的影响被整合到吸附速率常数的变化之中。模型拟合结果表明，重金属宏观释放速率主要受土壤固相吸附位点控制，溶解性有机质对重金属整体释放速率的影响很小。对于同一重金属，解吸速率常数在各固相吸附位点之间相差几个数量级，不同重金属在同一固相吸附位点上的解吸速率常数也存在差异。各吸附位点的吸附速率常数随反应pH和该位点重金属浓度的变化而改变。
5.本研究根据模型计算结果分析了重金属释放过程中不同固相组分和不同土壤有机质吸附位点对反应速率的影响。结果表明，对于Cd、Cu、Zn，土壤有机质是主要的控制反应速率的的吸附剂，对于Pb，铁(氢)氧化物对重金属释放过程的影响同样显著。在土壤有机质中，双齿吸附位点是控制反应过程的重要吸附位点。这一结果与重金属初始点位分布计算的结果保持一致，说明了重金属吸附/解吸动力学与重金属吸附平衡之间的一致性。