砷在棕壤中的吸附—解吸行为及赋存形态研究

论文摘要

由于工业化进程的加速,加之含砷农药、化肥、杀虫剂等的大量使用,使得越来越多的砷进入土壤环境,土壤砷污染现象日益突出。与其它重金属污染相比,砷的相关研究较为薄弱,有关棕壤对砷吸附特性方面的系统研究目前鲜有报道。本文以辽宁地区代表性土壤—棕壤作为试验材料,采用室内模拟分析法、平衡吸附法、动力学批实验法以及X射线衍射（XRD）对砷（V）的吸附-解吸行为及其影响因素进行了研究。同时采用连续提取法对不同污染水平土壤中砷的各个形态含量进行了测定。旨在明确砷在棕壤中的环境行为、影响因素及其作用机制。主要研究结果如下:1.利用一次平衡法研究了东北地区四种主要类型棕壤（棕壤、潮棕壤、棕壤性土、白浆化棕壤）及其剖面对砷的吸附-解吸特性。结果表明:砷（V）在棕壤中的等温吸附可用Langrnuir、Freundlich方程进行拟合,相关系数均达到显著或极显著水平。四种类型棕壤中以潮棕壤对砷（V）的吸附容量最大。淀积层及母质层土壤对砷（V）吸附量远远超过淋溶层土壤。解吸实验表明,吸附态砷（V）不易解吸,且解吸量随吸附量的增加而增加,两者之间关系符合二次幂方程。2.运用多元线性逐步回归分析了砷（V）的最大吸附量与棕壤各项理化指标之间的关系.回归结果显示砷（V）在棕壤中的吸附能力与土壤有机质含量、铁锰含量、pH值和全磷含量等有关。3.pH2-10范围内,砷（V）吸附量随pH值变化的大致趋势是:随pH值的升高,吸附量逐渐降低;pH10-12范围内,砷吸附量随pH值的升高而急剧上升。强酸条件下,吸附量增加的主要原因是静电吸附机制,强碱条件下吸附量的增加是由于砷（V）与土壤中的离子生成了难溶性的砷酸盐沉淀。4.进行有机质去除处理后,两种肥力水平棕壤对砷的最大吸附量分别为原土的3.2和2.3倍,同时其可变负电荷数量分别降低了27.9%和20.3%,说明有机质中存在大量的负电荷可能是抑制砷吸附的重要原因。5.磷添加顺序及浓度影响砷在棕壤中的吸附及解吸。土壤中磷浓度越高,砷（V）的吸附量越小,吸附态砷（V）的解吸率越高。三种磷处理方式中（处理Ⅰ:砷先于磷24h添加;处理Ⅱ:砷与磷同时添加;处理Ⅲ:砷后于磷24h添加）,以磷先加入土壤（处理Ⅲ）对砷吸附的抑制作用最明显。但是土壤中存在着专门针对砷的具有优先性的吸附位点,随着磷浓度的进一步加大,砷（V）的吸附量和解吸率变化不大,趋于平缓。6.砷在铁锰结核中的最大吸附量是土壤的10倍左右,说明铁锰结核是砷（V）在棕壤中吸附的主要载体之一.砷在铁锰结核中吸附量随pH值的增加而降低。吸附过程受离子强度的影响较小,吸附态砷（V）不易被解吸下来,说明砷（V）在铁锰结核上的吸附以专性吸附为主。动力学研究表明砷（V）在铁锰结核上的反应分为两部分,起初的快反应是表面反应,而后的慢反应受扩散作用的影响,以快反应为主。7.土壤外源添加不同浓度砷（V）后,制备不同浓度梯度的含砷土壤,研究砷（V）在棕壤中的吸附量和解吸量与砷污染负荷的关系。结果表明:污染负荷越重,吸附量越小,解吸量越大。动力学研究表明,反应速度不受污染负荷的影响,吸附与解吸动力学方程可由Elovice与双常数方程来描述,表明砷在棕壤中的吸附是由表面吸附和内部扩散所控制。8.砷（V）污染水平不同的棕壤中,各形态砷（V）随老化时间的变化经研究表明:时间及引入到土壤系统中的砷含量是形态分配的重要影响因素。外源砷在老化开始的30d内迅速被土壤固定.随土壤中砷浓度的增加,砷从不稳定形态向稳定形态转化的时间增加,各形态达成相对稳定的可能性减小,砷的活性增强,其对生态环境的威胁增大。

论文目录

• 目录
• Content
• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 砷的性质
• 1.2 土壤中砷的来源及其污染现状
• 1.3 砷在土壤中的存在形态及其转化
• 1.4 砷在土壤中吸附-解吸研究
• 1.4.1 砷在土壤上的吸附理论及模型发展
• 1.4.2 砷在土壤中吸附-解吸行为的定量描述
• 1.4.3 砷在土壤中吸附-解吸的影响因素研究
• 1.5 本文的研究内容及目的、意义
• 1.5.1 研究的目的、意义
• 1.5.2 本研究的目标和内容
• 第二章 砷在不同类型棕壤中的吸附解吸特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 样品采集及基本理化性质的测定
• 2.2.2 砷在棕壤中的等温吸附及解吸实验
• 2.2.3 砷在棕壤中的吸附及解吸方程
• 2.2.4 数据分析
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 砷在不同类型棕壤及其剖面中的吸附及解吸
• 2.3.2 砷的最大吸附量与土壤性质之间的关系
• 2.4 小结
• 第三章 砷在棕壤中吸附行为的影响因素研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 供试土壤
• 3.2.2 pH值对砷在棕壤中吸附行为的影响
• 3.2.3 有机质对砷在棕壤中吸附行为的影响
• 3.2.4 磷对砷在棕壤中吸附解吸行为的影响
• 3.2.5 数据分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 pH值对砷在棕壤中吸附行为的影响
• 3.3.2 有机质对砷在棕壤中吸附行为的影响
• 3.3.3 磷对砷在棕壤中吸附解吸行为的影响
• 3.4 小结
• 第四章 土壤中铁锰结核对砷的吸附行为研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 铁锰结核的制备与鉴定
• 4.2.2 浓度对砷在铁锰结核上吸附及解吸的影响
• 4.2.3 反应时间对砷在铁锰结核上吸附的影响
• 4.2.4 pH值对砷在铁锰结核上吸附的影响
• 4.2.5 数据分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 浓度对砷在铁锰结核上吸附及解吸的影响
• 4.3.2 反应时间对砷在铁锰结核上吸附解吸的影响
• 4.3.3 pH值对铁锰结核吸附砷的影响
• 4.4 小结
• 第五章 砷在不同污染负荷棕壤中的吸附解吸行为研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 供试土壤
• 5.2.2 砷在不同污染负荷棕壤中的等温吸附及解吸实验
• 5.2.3 砷在不同污染负荷棕壤中的吸附及解吸动力学实验
• 5.2.4 数据分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 砷在不同污染负荷棕壤中的等温吸附及解吸实验
• 5.3.2 砷在不同污染负荷棕壤中的吸附及解吸动力学实验
• 5.4 小结
• 第六章 老化时间对砷在不同污染负荷土壤中存在形态的影响
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 土壤样品的制备
• 6.2.2 砷在土壤中存在形态的测定
• 6.2.3 数据分析
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 老化时间影响下不同污染负荷棕壤中各形态砷的百分含量
• 6.3.2 不同污染负荷棕壤中水砷及闭蓄态砷在各个老化时间内的百分含量
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位论文期间发表文章