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重金属离子在土壤中的迁移研究

更新时间  2021-07-01 09:38 阅读
本文摘要:重金属污染物在土壤中具备长年积累效应、移动性劣、逗留时间宽,交互作用、无以水解,毒性强劲等特点,其环境效应牵涉到土壤、水体、动植物和人类,土壤一旦受到重金属污染将无法修缮。土壤铅污染具备普遍性,持续时间宽和无以管理性,隐蔽性,复合性四大特点。 一旦转入水体或土壤中,就不会导致永久性的污染,被水中的水生生物富含或者被土壤中的植物体吸取,并通过食物链最后在人体内累积,危害人体身体健康。

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重金属污染物在土壤中具备长年积累效应、移动性劣、逗留时间宽,交互作用、无以水解,毒性强劲等特点,其环境效应牵涉到土壤、水体、动植物和人类,土壤一旦受到重金属污染将无法修缮。土壤铅污染具备普遍性,持续时间宽和无以管理性,隐蔽性,复合性四大特点。

一旦转入水体或土壤中,就不会导致永久性的污染,被水中的水生生物富含或者被土壤中的植物体吸取,并通过食物链最后在人体内累积,危害人体身体健康。本论文使用静态和动态实验,探究Pb(II)在淄博地区并未污染土壤中的导电性能和迁入机理,并创建一定的数学模型。为理解重金属铅土壤中的环境化学不道德,评价重金属铅的风险,获取参照依据;为污染防治明确提出管理对策,为制订涉及土壤环境标准、预测重金属铅的环境效应具备一定的指导意义;对防治土壤铅污染对人类危害的再次发生具有最重要理论和实际的意义。论文首先对供试土壤用XRD和FTIR等测试手段展开了详尽的密切相关,然后分别从静态批试验和动态土柱淋滤试验探究了波动时间、pH、离子强度、吸附剂浓度、腐殖酸等因素对导电的影响以及土柱厚度、淋滤时间、淋入液浓度、淋入量等因素对迁入的影响,并创建一定的数学模型,仿真评价铅在土壤中的风险,并根据模型预测和防治铅污染。

实验结果表明:(1)淄博地区农田土壤与膨润土的主要成分十分相似,表面有羟基、Al–O–Si和Si–O等官能团。(2)在较低pH值时,随着pH的减小,导电亲率渐渐减少,减小到一定程度后,导电亲率导电亲率基本超过最高点,保持稳定而不随pH变化;在低pH值时,导电亲率随pH值减小而增大。(3)腐殖酸(HA)在较低pH值时增进Pb(II)在土壤上的导电,低pH值时起抑制作用。

(4)土壤对Pb(II)是逐步均匀分布地导电,直到导电饱和状态。土壤对铅的导电性能较为好,转入土壤中的铅主要累积在土壤的表层,对地下水会导致过于大的威胁。

(5)创建的模型比较比较简单,对于污水灌溉区,必须通过实验来确认有所不同深度的土壤层的导电饱和值,并融合当地实际情况展开预测。尽可能使土壤中污染物质含量始终保持在土壤层导电饱和值以内,从而避免和避免对地下水的危害。关键词:重金属离子;吸附作用;迁入机理;数学模型1.1.1铅的不存在状态和用途重金属原本是指比较密度小于5的金属,但在分类的过程中,却将稀土金属、不溶性金属除去,最后还包括铜,锌,铅,锡,钴,锑,汞,镉,铋,镍等10种工业金属元素[1]。

铅是地壳中含量最少的轻金属元素,同时也是重金属中消费量仅次于的元素。地壳中铅的总量为1014吨,平均值含量为16ppm[2]。铅呈圆形灰白色,比根本性(11.34),熔点较低(327.5℃),沸点低(1525℃)。

我国对铅的找到、生产和用于可以追溯到公元前2000年左右。从16世纪开始,铅转入到工业规模化生产阶段,现在全世界每年铅的使用量大约为1000万吨。

由于铅具备价格低廉,特性优良,高度的化学稳定性等特点,铅及其化合物普遍用作化工生产、冶金、防腐、建筑以及蓄电池制造业,同时还普遍的用作运输、飞机、电报和无线电等行业,且用量还在大大减少[2]。环境中的铅一般来说以二价离子状态不存在,仅有少数为金属状态。铅易与许多金属包含合金,并用作工业生产。

铅还能吸收放射线,故还能用作原子能工业及X射线工业。另外,铅的许多化合物多用于颜料、涂料、玻璃、陶磁器及氯乙烯平稳齐华、农药等行业[3]。1.1.2土壤中重金属铅的来源根据土壤中铅的来源分类,重金属铅的污染可以分成四类:水体污染型,大气下陷型,固体废物污染型,农业污染型。

①水体污染含铅的工矿企业废水、城市生活污水等,予以处置就实施清污分流,必要废气。北方缺水的地区的污灌技术和污泥土地利用,使得土壤受到重金属、有机物及其他病原体的污染[4],另一方面化学肥料和农药的用于[5]等活动也使得大量的重金属转入土壤系统。

②大气下陷煤、油、木柴以及垃圾等自燃产生的工业废气和汽车废气,以及环境中的铅通过地壳风化、火山爆发、海啸、森林山火等现象转入大气[6],随降水等自然现象转入土壤。③固体废物污染型固体废物污染主要是指堆满在地表的城市垃圾、工厂排泄的废渣和污泥等垃圾,经过蔓延和降雨的淋溶后,使地表受到有所不同程度的污染[1]。并在淋溶、地面径流和地下水的起到下向其他环境移往,不断扩大污染范围[7]。

1.1.3重金属铅对土壤的污染现状随着工业化和城市化进程的加快、人口的急遽减少以及工农业的较慢发展,土壤铅污染问题日益不利。当重新加入到土壤中的污染物多达了土壤的自净能力,或者污染物在土壤中的积累量多达了土壤的基准量,就不会给生态系统导致的危害[8]。公路两侧[9,10]、城市区[11,12]、菜地[13]以及污灌区[14]是铅污染土壤的主要区域。在过去的50年中,铅在环境中全球排放量大约为7.83×105吨,其中大部分转入土壤,导致世界各国具备有所不同程度的土壤重金属污染[15]。

我国24个省(市)城郊、污水灌溉区、工矿等经济发展较慢地区的320个重点污染区中,重金属含量微克的农产品产量与面积大约占到污染物微克农产品总量与总面积的80%以上,其中铅是最相当严重的污染元素之一[16]。多达,我国大中城市郊区蔬菜、粮食、水果、肉类与畜产品中铅的微克亲率分别为38.6%、28.0%、27.6%、41.9%和71.1%。

 “十一五”以来,经济较慢发展,但我们代价的成本是高昂的,资源浪费,环境污染,生态毁坏相当严重,特别是在是对土壤重金属污染,不仅相当严重制约了经济的快速增长质量,而且也很大地影响了广大人民群众的身体健康[17]。国务院月国家发改委的《重金属污染综合预防“十二五”规划》体现了党中央、国务院对重金属污染防治的高度重视。全国全面积极开展涉铅行业排查整治,首次将该行业所有企业的环境信息向社会公开发表,拒绝接受监督,整治力度之大前所未有。

1.2重金属铅的危害重金属污染物在土壤中具备长年积累效应、移动性劣、逗留时间宽,交互作用、无以水解,毒性强劲等特点,其环境效应牵涉到土壤、水体、动植物和人类,土壤一旦受到重金属污染将无法修缮。重金属主要累积在土壤的表层,并在土壤中大大再次发生时空迁入和价态、形态转化成。土壤对重金属污染有一定的缓冲作用,但当缓冲作用超过饱和状态时,重金属就有如“化学定时炸弹”不会对土壤、地下水、农作物及人体身体健康导致威胁[18]。

土壤铅污染具备普遍性,持续时间宽和无以管理性,隐蔽性,复合性四大特点[19]。一旦转入水体或土壤中,就不会导致永久性的污染,被水中的水生生物富含或者被土壤中的植物体吸取,并通过食物链最后在人体内累积,危害人体身体健康。1.2.1铅对人体身体健康的影响与危害铅具备长期性和非移动性等特性[20],铅污染土壤后,不会对作物及农产品和地下水导致次级污染,经水、气、生物等介质传输,通过饮水、排便、饮食、皮肤吸取等途径转入人体而影响人类身体健康[21]。

铅在人体内,不存在吸取—蓄积—排泄的动态平衡。在长时间情况下,认识一定量铅后,若转入量和排出量相似时并不产生危害。

若转入量小于排出量,则铅吸取的量激增,适当尿铅排出量也升高,但无任何中毒症状经常出现。若吸收量过多,血液和软组织中的铅浓度都会升高到一定程度,从而产生毒性起到。铅的毒性与其化合物的形态、溶解度大小有关。

铅的毒性可以起到于全身各个系统和器官,铅可与体内一系列蛋白质、酶和氨基酸内的官能团(如巯基)融合,阻碍机体许多方面的生化和生理活动。铅中毒不会伤害神经系统[22],引发末梢神经炎,经常出现运动和感觉出现异常,少见的出现异常有晃肌麻痹。浸泡体内的铅,随血流入脑组织,不会受损中枢神经系统[23],阻碍新陈代谢活动,造成营养物质和氧气供应严重不足。铅中毒还不会对心血管[24]产生伤害,展现出为细小动脉硬化。

此外,铅中毒还对生殖系统[25,26],肝脏系统、免疫系统,泌尿系统,消化系统,内分泌系统以及关节等器官[27-31]带给影响。铅的有机和无机态皆具备致畸、致癌物和致突变的危害,幼儿大脑不受铅的伤害,要比成人脆弱得多。更加多的报导指出,平时认识环境中的铅,尤其是大气中的铅,对儿童的身体和智力产生的危害更为严重[32-37]。

似乎,铅污染不仅影响身体健康,而且影响儿童智能发育,必需采行大力措施,预防其危害。1.2.2铅对植物的影响与危害铅不是植物生长放有的必需元素.铅转入植物的过程,主要所谓代谢性的被动转入植物根部。除植物根部外,铅还可以通过树皮或叶片转入植物体内。

累积在六根、茎和叶内的铅,可影响植物的生长发育,使植物受害者。铅能减缓根细胞的有丝分裂速度,影响植物根系的生长,这或许是导致作物生长缓慢的原因。铅主要影响植物的光合作用和呼吸作用[38-43]。其毁坏起到展现出在毁坏叶绿素的结构、妨碍某些糖类和蛋白质的制备、转变酶的活性[44-47],另外还不会引发叶片中DNA、蛋白质及酸性与碱性磷酸酶比例的增加,蛋白酶及核糖核酸酶活性的减少,影响植物的生长发育[47]。

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1.3.1迁入和转化成方式土壤环境中重金属的迁入和转化成形式是简单多样的,不受重金属自身性质(化学性质、迁入系数[48])、土壤化学系性质和环境条件等多种因素的联合影响,迁入和转化成不会多种形式同时或交叠再次发生[49]。重金属在土壤中的迁入和转化成方式大体分成物理迁入、化学迁移和物理化学迁入、生物迁移3种[50]。

物理迁入是重金属的机械运送。土壤中的重金属或络合物离子可以随水分从土壤表层迁入至地表水体或地下水体。大多数的重金属包括于土壤颗粒或导电在土壤胶体表面,并通过土壤渗流或扬尘等形式而被机械运送。

也有随土壤空气而运动的,如元素汞可转化成为汞蒸气蔓延;也有因其本身比重较小而再次发生溶解,或紧蓄于其他无机、有机溶解之中[51]。化学迁移和物理化学迁入 重金属在土壤中通过导电与解吸、溶解与沉淀、水解与还原成、因应、鳌通、水解等一系列化学、物理化学起到迁入和转化成[51],构成了同的化学形态。国内外学者根据Tessler[52]的方法把土壤中重金属的形态分成:总量可互相交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物结合态、有机硫化物态和残余态。

重金属在土壤中的不存在形态,累积状况和污染程度,是重金属在土壤中最重要的变化方式。重金属在土壤中的迁入转化成规律,不受pH、Eh值和土壤中不存在的其他物质(如Cl-、富里酸、胡敏酸等)、配位均衡、共沉淀等多种因素的联合影响[53]。生物迁移主要是指植物通过根系吸取土壤中某些化学形态的重金属,并在植物体内累积的过程[53]。一方面,植物富含的重金属有可能通过食物链转入人体,污染危害将更为相当严重;另一方面,植物富含的重金属有可能通过土壤中生物再度转入土壤,土壤将不会受到重金属的二次污染。

重金属在土壤环境中的总量和赋存形态、土壤环境条件(pH值、Eh、胶体种类和数量以及土壤类型)、植物种类、重金属离子之间的相互作用(协同作用和GABA起到)是影响生物迁移的主要因素[53]。6.4本章小结本章通过土柱淋滤试验,从动态角度(土柱厚度、淋滤时间、淋入液浓度、淋入量)研究了土壤对Pb(II)的净化起到及迁入规律。

研究结果表明:土壤对Pb(II)是逐步均匀分布地导电,直到导电饱和状态。土壤对铅的导电性能较为好,转入土壤中的铅主要累积在土壤的表层,会向深处运移,对地下水会导致过于大的威胁。对于污水灌溉区,必须通过实验来确认有所不同深度的土壤层的导电饱和值,并融合当地的地质水文地质条件,合理掌控污灌定额、污染物质浓度、污灌时间、作物密植程度。

尽可能使土壤中污染物质含量始终保持在土壤层导电饱和值以内,从而避免和避免对地下水的危害。7.1结论本文对淄博地区典型土壤—棕壤展开了化学系性质的测量,展开密切相关,并且对Pb(II)在棕壤上的导电和迁入性能展开了研究。

本文以室内土柱实验为基础,从动态和静态两个方面系统的分析了少见因素影响下重金属离子Pb(II)在土壤中的迁移扩散机理,实地考察了波动时间、吸附剂浓度、pH、离子强度对棕壤导电Pb(II)的影响,土层厚度、淋滤时间、淋入液浓度、淋滤量等因素对Pb(II)在土壤中迁入的影响,并且估算创建了Pb(II)在土壤中迁入的数学模型。得出结论以下结论:1、 棕壤与膨润土的主要成分十分相似,表面有羟基、Al–O–Si和Si–O等官能团。2、 在较低pH值时,随着pH的减小,导电亲率渐渐减少,减小到一定程度后,导电亲率导电亲率基本超过最高点,保持稳定而不随pH变化;在低pH值时,导电亲率随pH值减小而增大。

3、 腐殖酸(HA)在较低pH值时增进Pb(II)在土壤上的导电,低pH值时起抑制作用。4、 土壤对Pb(II)是逐步均匀分布地导电,直到导电饱和状态。土壤对铅的导电性能较为好,转入土壤中的铅主要累积在土壤的表层,会向深处运移,对地下水会导致过于大的威胁。

7.2未来发展铅应用于多个领域,可以固、气、液多态不存在,毒性较小,如若管理疏于,势必会产生污染,危害环境和人体身体健康。铅污染的毒害起到不是单因素的影响,而是多方面多因素联合影响的结果,起到机理也十分复杂,因此铅污染仍是急需解决问题的环境问题之一。

本论文对Pb(II)在土壤中的导电性能和迁入机理做到了一定程度的探究,获得了一定的成果并创建了一定的数学模型,。但是,土壤成分结构十分复杂,导电过程不会牵涉到到很多因素,是一个十分复杂的过程,本论文中的机理也是试探性的,数学模型也比较简单模糊不清。要想要更加精确的说明土壤对Pb(II)导电机理,还必须科研工作者的更进一步研究。祝贺时光如梭,两年的研究生立刻就要完结了,硕士学位论文也将要完稿,回忆起两年的自学和生活经历,我的进账丰厚,顿生无限的感谢之情。

本文虽不是一篇极致的文章,却也凝固着除作者之外,许多人的辛劳与汗水,在此对那些协助过我的人,传达最衷心最真诚的崇敬。首先我要衷心的感激我的导师董云会教授。本文是在董老师细心指导下已完成的,董老师缜密的治学态度、渊博的理论知识、崇高的敬业精神和科学的工作方法以及崇高的人格魅力对我的茁壮起着了很大的影响。

董老师不仅在自学和科研上给了我相当大的协助,同时在生活中也是我的人生导师,为成功毕业以及急剧的步入社会奠下了较好的基础。在此,我向董老师致意最崇高的崇敬和忠心的感激!感激课题组的李月云老师、陈磊老师和刘会老师在论文选题、方案设计、实验实行及论文编写等方面明确提出的可行性指导和建议,他们诲人不倦的育人态度有一点我们去自学,他们给与我很大的反对和协助,鼓舞我仍然向行进。

在实验和论文工作的积极开展过程中,中国科学院合肥智能机械研究所刘正杰师兄以及东北大学的潘科峰师兄都给与了大量的指导。同时在论文的文学创作和改动过程中获得了唐晓楠、张强、闵凡莲、李凯、杨娟娟、韩健和张增超的宝贵意见,在此对他们传达我的感激之情!感激宿舍兄弟们董涛、孙云飞、王传波、张军,李修远、范文峰、赵益富的协助!最后,我要感激默默地奉献给、反对和希望我的任劳任怨的父母。

他们对我漫长学业无怨无悔的反对和代价,给与我生活上无私的关心和协助!他们是我童年重重难关、完成学业的最坚毅的后盾!路漫漫其修远兮,吾将上下而求索!再度对协助过我的人传达衷心的感激!。


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