不同pH_离子强度时Cu_Cd复合污染土壤解吸和迁移特征.pdf

第 60 卷 第 4 期 土 壤 学 报 Vol.60，No.4 2023 年 7 月 ACTA PEDOLOGICA SINICA Jul.，2023 *国家自然科学基金项目（41571214）资助 Supported by the National Natural Science Foundation of Chin a（No.41571214）通讯作者 Corresponding author，E-mail： 作者简介：李 静（1996），女，山东潍坊人，硕士研究生，主要从事地下环境中水流和溶质运移及模拟研究。E-mail： 收稿日期：20210808；收到修改稿日期：20220116；网络首发日期（）：20220402 http:/ DOI：10.11766/trxb202108080413 李静，林青，徐绍辉.不同 pH/离子强度时 Cu/Cd 复合污染土壤解吸和迁移特征J.土壤学报，2023，60（4）：10261034.LI Jing，LIN Qing，XU Shaohui.Desorption and Migration Characteristics of Cu/Cd Composite Contaminated Soil under different pH/Ionic StrengthJ.Acta Pedologica Sinica，2023，60（4）：10261034.不同 pH/离子强度时 Cu/Cd 复合污染土壤解吸和迁移特征*李 静，林 青，徐绍辉（青岛大学环境科学与工程学院，山东青岛 266071）摘 要：重金属污染土壤在用固化/稳定化技术修复后，若外部环境发生变化，失去活性的重金属是否再次释放并在土壤中迁移，造成污染风险，是一个值得探讨的重要科学问题。为揭示不同化学因素对污染土壤中重金属活化及迁移过程的影响，通过室内土柱实验，研究了不同离子强度、pH 及阳离子类型（Ca2+、Na+）下 Cu2+、Cd2+在土壤中的解吸及迁移行为。结果表明：总体而言，离子强度增大，Cu2+、Cd2+淋出浓度峰值也随之增大；此外，在 CaCl2淋溶阶段，0.005、0.01、0.05、0.1 molL1 CaCl2时，Cu2+、Cd2+解吸量依次增加，且 Cd2+的解吸量高于 Cu2+，而 0.5 molL1 CaCl2时抑制了 Cd2+的解吸，且Cu2+的解吸量高于 Cd2+。pH 减小时，Cu2+、Cd2+解吸量增大，即偏酸性的环境有利于 Cu2+、Cd2+的解吸；但从 Cu2+、Cd2+浓度峰值来看，pH 为 3 时的 Cu2+、Cd2+浓度峰值反而小于 pH 为 4、5 时。Ca2+较 Na+更有利于 Cu2+、Cd2+的解吸，但在 0.005 molL1时，NaCl 溶液更有利于 Cu2+的解吸，并且去离子水淋溶阶段 Cu2+浓度要高于 CaCl2淋溶阶段；此外，离子强度为 0.005、0.05 和 0.5 molL1 NaCl 的三种情况下均出现了土壤颗粒的出流，且 0.05 和 0.5 molL1 NaCl 时，存在流速下降的现象。关键词：重金属；离子强度；pH；离子类型；解吸；迁移 中图分类号：X53 文献标志码：A Desorption and Migration Characteristics of Cu/Cd Composite Contaminated Soil Under Different pH/Ionic Strength LI Jing,LIN Qing,XU Shaohui(College of Environmental Science and Engineering,Qingdao University,Qingdao,Shandong 266071,China)Abstract:【Objective】Some changes in the external environment are often observed after the remediation of heavy metal polluted soils with solidification stabilization technology.Thus,an important scientific question worth discussing is whether the inactivated heavy metals will be released again and migrate in the soil,causing pollution risk,and under what conditions.【Method】In order to reveal the effects of different chemical factors on the activation and migration of heavy metals in contaminated soil,the desorption and migration behavior of Cu2+and Cd2+in soil under different ionic strength,pH and cation types(Ca2+,Na+)were studied by laboratory soil column experiments.【Result】In general,the peak leaching concentration of 4 期 李 静等：不同 pH/离子强度时 Cu/Cd 复合污染土壤解吸和迁移特征 1027 http:/ Cu2+and Cd2+increased with the increase in ionic strength.Using CaCl2 as a leaching agent,the desorption capacity of Cu2+and Cd2+increased at 0.005,0.01,0.05 and 0.1 molL1 CaCl2,and the desorption capacity of Cd2+was higher than that of Cu2+.However,0.5 molL1 CaCl2 inhibited the desorption of Cd2+and the desorption of Cu2+was higher than that of Cd2+.When pH decreased,the desorption of Cu2+and Cd2+increased,that is,the acidic environment was conducive for the desorption of Cu2+and Cd2+.However,the concentration peak of Cu2+and Cd2+at pH 3 was smaller than that at pH 4 and 5.Ca2+was more favorable for the desorption of Cu2+and Cd2+than Na+,but NaCl solution was more favorable for the desorption of Cu2+at 0.005 molL1.Also,the concentration of Cu2+in the leaching stage with deionized water was higher than that in the leaching stage with CaCl2.In addition,soil particles exhaled at 0.005,0.05 and 0.5 molL1 NaCl,and the flow rate decreased at 0.05 and 0.5 molL1 NaCl.【Conclusion】The increase in ionic strength,decrease in pH and presence of divalent cations were beneficial to the desorption and migration of heavy metals in soil.This study provides a theoretical basis for soil remediation and heavy metal release after soil remediation.Key words:Heavy metals;Ionic strength;pH;Cationic type;Desorption;Transport 土壤是经济社会可持续发展的重要资源保障。根据 2014 年全国土壤污染状况调查，我国土壤总的超标率为 16.1%，其中以无机型污染为主，土壤中 Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn 和 Ni 的点位超标率分别为 7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%1。从污染分布来看，我国土壤重金属污染问题主要集中在珠江三角洲、长江三角洲以及西南等地区2。据报道，土壤中镉浓度的升高，主要是由于各种人为活动，如施用含镉杂质的肥料和工业废水的排放3。20062014 年，我国仅媒体报道的土壤镉污染事件就有 21 起，根据全国范围内对农业土壤中镉污染的评估，南方地区发现了镉浓度相对较高的土壤4-5。铜虽是动植物生长发育的必需微量元素，但也是造成土壤污染的重金属元素之一。工业废水的排放、铜矿的开采、含 Cu 农药的使用等增加了土壤中的 Cu 含量，远远超出了土壤自身的承载能力6。我国土壤 Cu 污染问题形势十分严峻，未受污染的土壤中 Cu 含量通常为 240 mgkg17，但在污染严重地区土壤中 Cu 含量高达 5 000 mgkg1。土壤环境重金属污染很少以单元素的形式存在，多为两种或多种元素共存，形成重金属复合污染。土壤中重金属的化学行为受多种因素的影响，包括从污染物（如肥料、污泥、冶炼厂、弹药、矿渣）中释放的金属阳离子，矿物和有机物表面的吸附以及次生矿物的沉淀等，这些过程取决于土壤组成和化学性质。重金属复合污染土壤中重金属迁移转化的影响因素更多且更为复杂。Zhai 等8 采用土壤淋溶（FeCl3）与原位固定（石灰、生物炭、黑炭）相结合的方法来修复重金属污染土壤，结果表明，用 FeCl3淋溶后，Cd、Pb、Zn 和 Cu 的去除率分别为 62.9%，52.1%，30.0%和 16.7%；1%（w%）的石灰固化后，用 0.11 M 乙酸提取的 Cd、Cu、Pb 和 Zn 的生物有效性降低了 36.5%、73.6%、70.9%和 53.4%。Ottosen 等9 对工业污染土壤中的重金属进行了研究，发现随着 pH 的降低，Zn、Cu 和 Pb 依次解吸；不同土壤中，单一重金属开始解吸时的 pH存在巨大差异，Pb 的变化最为明显。谢冰怡等10 利用蒙脱石胶体悬液、胡敏酸胶体悬液和蒸馏水模拟无机、有机和纯净型灌溉水，进行重金属污染土壤的解吸和土柱淋溶实验，结果表明，三种灌溉水对Cd 的解吸能力最大且解吸率最高，Ni 次之，Pb 最差。Li 等11 用 FeCl3，CaCl2和柠檬酸（CA）的混合物对湖南省的重金属（Cd、Pb）污染土壤进行复合淋溶实验，结果表明，FeCl3与 CA 混合使用，Cd和 Pb 的去除率分别为 44%和 23%；CaCl2与 CA 混合使用，Cd 和 Pb 的去除率分别为 49%和 32%。对已修复的重金属污染土壤而言，探讨其外部环境变化时的解吸过程是非常重要的，它可以预测土壤重金属的再次污染风险。以往的研究多集中于重金属在土壤中的吸附迁移行为，而对已污染土壤重金属的解吸迁移特征研究较少。土壤环境的变化，如酸化、盐渍化及氧化