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土壤重金属污染日趋严重,已成为全球性环境问题之一。垃圾渗滤液主要组分中含有重金属和大量的溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)。DOM是土壤中有机和无机污染物的载体、重金属的有机配体,对受重金属污染土壤的修复起重要的影响作用。本课题的研究为了解重金属的环境化学行为和治理土壤重金属污染提供了依据。实验选取北方具有代表性的褐土,通过动力学实验、不同条件下的吸附实验和动态土柱淋滤实验研究了垃圾渗滤液DOM对Cu、Cd、Pb、Zn四种重金属在土壤中吸附及迁移转化规律的影响。
吸附动力学实验采用间歇法,通过吸附动力学曲线显示褐土对四种重金属的吸附是一个快速的过程,前30 min时间内吸附量约占吸附平衡时吸附量的75%—98%。将数据与Elovich方程进行模拟,以k=b·ea/b做为表现土壤对重金属的吸附速率的常数。等温吸附实验中,以去离子水为对照,根据吸附平衡溶液浓度和吸附量绘制吸附曲线,结合平均吸附率,得出垃圾渗滤液DOM对Cu、Cd在土壤中的吸附促进作用较明显,对Pb有微弱的促进作用,对Zn在低浓度时抑制,高浓度时促进吸附。吸附数据用Freundlich等温吸附方程拟合较好,相关系数达极显著水平。同时在不同pH、温度下分别进行吸附实验,绘制实验曲线,并进行分析讨论。不同pH条件下DOM对不同重金属的吸附促进、抑制作用差别较大,Cu、Cd达到吸附平衡后,垃圾渗滤液DOM可使酸性土壤溶液的pH升高,使碱性土壤溶液的pH降低,最终都接近于中性;Pb、Zn加入垃圾渗滤液DOM达到吸附平衡后,pH值与初始值变化不大。垃圾渗滤液DOM在不同温度条件下对Cu在土壤中吸附起促进作用,平均吸附率比较为25℃>35℃>15℃;Cd、Pb、Zn平均吸附率比较为15℃<25℃<35℃,吸附量随着温度的升高而增大。
通过动态土柱实验分析渗滤液DOM影响下重金属的纵向迁移、溶出规律,由溶出动态影响曲线显示Cd、Zn两种重金属的累积迁移率随淋洗时间的延长明显高于对照,垃圾渗滤液DOM对重金属的垂直迁移起着促进作用;Cu、Pb随时间延长明显低于对照,DOM对重金属迁移起着一定的抑制作用。将浓度为50 mgC·L-1、100mgC·L-1、200 mgC·L-1的DOM溶液淋洗土柱20小时,溶出Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+的累积迁移率分别是对照的0.93、0.91和0.83倍,1.15、1.24和1.34倍,0.89、0.73和0.63倍,1.31、1.60和2.0倍,DOM浓度越高,Cd、Zn溶出的促进效果越明显,Cu、Pb则相反。同时建立土壤重金属迁移转化模型,通过计算机模拟,得出参数和相关系数,在一定条件下,以Cd为例绘制曲线验证模型,与实验曲线吻合较好。