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随着经济社会的发展,土壤重金属污染问题日益严重,已成为环境领域的研究重点之一。重金属进入土壤并超过一定阈值就会对土壤造成危害,并进一步影响地下水、生物等环境基质。本文以重金属Cu、Cd为研究对象,通过室内实验研究不同化学因素(离子强度、pH和离子类型)对污染土壤中Cu、Cd解吸及迁移的影响,以期为土壤修复以及土壤修复后残留重金属的再释放提供理论依据。本文研究内容主要包括两方面:一是通过土柱实验和解吸动力学实验研究不同离子强度、pH和离子类型对重金属Cu、Cd在单一污染土壤和复合污染土壤中的解吸及迁移行为的影响,然后对土柱实验完成后的土壤进行分层取样,测定不同深度处的可交换态重金属含量;二是利用动力学方程(Elovich方程、抛物线方程和双常数方程)拟合Cu、Cd的动态解吸过程,利用耦合化学反应过程的Hydrus-1D软件模拟污染土壤中Cu、Cd的迁移特征。主要得出以下结论:(1)在动态解吸实验中,Cu、Cd的解吸过程分为两个阶段,快速解吸阶段和慢速解吸阶段。快速解吸大约2 h完成,解吸的主要为静电吸附态的重金属;而慢速解吸需要更多的时间,其重金属解吸量基本不再变化,解吸的主要为专性吸附态的重金属。在土壤的动态解吸实验中,不同化学因素对重金属Cu、Cd解吸的影响是不同的。总的来说,pH越低、离子强度越高、价态越高,重金属Cu、Cd解吸量越大。不同离子强度下,CaCl2浓度从0.005 mol/L增大到0.05 mol/L时,Cd2+在单一污染土壤和复合污染土壤的解吸量明显增大,单一污染土壤中Cd2+的解吸量增大了10倍,复合污染土壤中Cd2+的解吸量增大了3倍;对于复合污染土壤中Cu2+来说,离子强度增大促进Cu2+的解吸。在两种污染类型土壤中,pH为3-6的Cd2+解吸量均随着pH的增大而降低;而当pH为7时,两种污染类型土壤中均存在Cd2+解吸量增大的现象,可能是因为pH为7时,Ca2+的存在发挥主导作用,并且Ca2+与Cd2+的半径相近,有利于Cd2+的释放。对于复合污染土壤中的Cu2+来说,解吸量随着pH的增大而减小。不同离子类型下,相较于Na+,Ca2+更有利于土壤中Cu、Cd的解吸。(2)不同离子强度下,Elovich方程对单一污染和复合污染土壤中Cd的解吸动力学过程拟合效果较好,其次为双常数方程,抛物线方程最不理想;对于Cu的解吸动力学过程来说,抛物线方程对其拟合效果最好。不同pH下,抛物线方程对单一污染土壤中Cd的解吸动力学拟合效果最好;在复合污染土壤中,三个方程对Cd的解吸动力学拟合效果均较好,R~2大多数在0.8以上;抛物线方程对复合污染土壤中Cu的解吸动力学过程拟合效果最佳。总的来说,三个方程对不同NaCl浓度下重金属解吸动力学的拟合效果均不理想。(3)在土柱实验中,不同离子强度、pH和离子类型对重金属Cu、Cd迁移的影响有所差异。pH减小时,Cu2+、Cd2+解吸量增大,即酸性的环境有利于Cu2+、Cd2+的解吸;但从Cu2+、Cd2+浓度峰值来说,单一污染土壤中,pH为7的Cd2+浓度峰值大于pH为5、6时;在复合污染土壤中,pH为3的Cu2+浓度峰值小于pH为4、5时。不同离子强度下,Cu2+、Cd2+淋出浓度峰值随着离子强度增大而增大;另外,复合污染土壤中,0.5 mol/L CaCl2时抑制了Cd2+的解吸,主要是因为Cl-数量增多,在土壤表面形成保护层,妨碍了重金属的溶解。不同阳离子价态时,Ca2+更有利于重金属Cu、Cd的解吸;此外,去离子水淋溶阶段,三种NaCl浓度下均出现了土壤颗粒流出的现象,主要是因为Na+增多导致土壤分散、膨胀,土壤孔隙减小,土壤渗透性降低。离子强度、pH和离子类型不同对污染土壤中残留可交换态Cu、Cd的影响不同。离子强度增大,残留可交换态Cu、Cd含量较小,有较多重金属被解吸出来;在复合污染土壤中,与Cu相比,离子强度的变化对Cd的影响更为显著。不同pH对单一污染和复合污染土壤中残留可交换态重金属含量的影响均不显著。总的来说,相比Na+,Ca2+更有利于可交换态重金属的解吸。(4)用HP1模型对不同pH、离子强度和NaCl浓度下重金属的运移进行模拟。在单一污染和复合污染土壤中,不同条件下Cd2+的拟合结果均较理想,而对于复合污染土壤Cu2+来说,拟合效果不理想。可能是因为土壤对Cu、Cd表现出不同的吸附亲和力,Cu较Cd优先吸附于土壤颗粒表面,发生专性吸附和表面沉淀,而Cd主要发生静电吸附,易发生迁移。