典型持久性污染物的来源与环境化学行为研究——以菲及镉等重金属为例

摘要

近年来随着工业及城市化进程发展，我国农田土壤面临的污染风险越加突出，并受到越来越多的关注。其中重金属及多环芳烃由于能在土壤环境中持久存在，并可通过生物食物链积累、传递，对人类健康造成有害影响而受到特别的关注。持久性污染物在土壤中的迁移、归宿及其生物可利用性都依赖于与污染物在土壤中的吸附行为。本报告分别研究了多环芳烃菲在土壤中的吸附行为及不同因素的影响特征、我国农田土壤重金属污染现状和来源和赤泥吸附、钝化重金属镉的反应特征，并通过各种先进的分析手段、对相关反应机理展开了系统研究；目的在于了解我国农田土壤面临的重金属污染风险，并在某种程度上明确污染物与土壤及钝化剂之间的作用机理，为污染土壤的修复提供理论依据和技术支持。本研究已取得一下几方面的成果： 1)不同价态金属阳离子促进菲在土壤中吸附机理研究结果表明，在多价离子作用下，菲在土壤中吸附容量显著增加，吸附的非线性特征增强。通过1HNMR及玻璃态转化温度分析发现，在多价离子作用下，橡胶态有机碳包括可溶性有机碳在土壤表面絮凝、浓缩、紧实，使得有机碳的物理构象和化学特征都发生改变，逐渐向玻璃态有机碳转变，从而表现出多价金属阳离子能显著促进菲在土壤中的吸附容量以及吸附的非线性特征。这种促进作用与土壤的有机碳含量呈正相关。同时研究发现，增加多价金属阳离子的离子强度也能在一定程度上促进菲的吸附容量、提高吸附的非线性特征。 2)不同土壤组分对土壤中菲吸附影响的实验表明，不同土壤组分对土壤吸附菲的贡献差异很大。土壤溶液中DOC能通过自身与菲结合而抑制菲的吸附；胡敏素在菲在土壤样品中的吸附反应中起着主导作用，直接影响菲的吸附容量和吸附的非线性特征。同时研究强调了土壤矿物在菲的吸附反应中的重要贡献；指出当土壤矿物作用明显时，在比较土壤有机碳的作用时，有机碳归一化的吸附系数KOC应慎重使用。此外，由于不能进入土壤微孔内部，利用N2BET方法得到的比表面积不能反映非极性分子的吸附容量。 3)通过对我国农田土壤各种重金属污染源的分析计算，详细揭示了我国农田土壤面临的重金属污染现状和发展趋势。污染源主要包括大气沉降、畜禽粪便、化肥农药、污水及污泥等。其中大气沉降是大多数重金属进入农田土壤最主要的途径之一；而畜禽粪便是Cd、Cu及Zn等污染物最主要的污染源畜，输入贡献则分别达58％、71％和51％。通过对我国农田土壤每年接纳的重金属量的计算，分析了我国农田土壤面临的巨大的重金属污染风险压力，强调指出Cd应列为我国农田土壤首要的监控目标。 4)赤泥吸附钝化镉研究结果表明，赤泥对镉具有很强的吸附亲和力；只有不到25％的吸附镉为水溶态和可交换态，而绝大部分吸附的镉(50％以上)为与赤泥结合稳定的、不易为生物利用的形态。纳米粉碎能显著提高赤泥对镉的吸附容量，并提高吸附产物的稳定性。赤泥作为有效的吸附剂可以用来钝化修复镉污染土壤，特别适用于酸性污染土壤，有望在土壤修复治理中发挥积极作用。

目录

文摘

英文文摘

引 言

1.问题的提出及其重要性

2.本研究的目标和内容

第一章文献综述

1.1吸附反应与环境污染物

1.2有机质在环境中的作用

1.3多环芳烃在土壤中吸附研究进展

1.4重金属污染土壤原位钝化修复研究进展

1.4.1重金属污染土壤钝化应用研究进展

1.4.2钝化修复机理研究进展

1.4.3钝化修复的局限性及前景展望

参考文献

第二章金属阳离子促进菲在土壤中吸附的影响作用

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验材料与实验仪器

2.2.2吸附剂材料预处理

2.2.3土壤及处理样品理化性质表征

2.2.4菲储备液的配制

2.2.5吸附实验

2.2.6数据分析

2.3结果与讨论

2.3.1土壤及处理样品的理化性质

2.3.2菲吸附等温线

2.3.3机理分析

2.4本章小结

参考文献

第三章不同土壤组分对菲吸附的影响作用

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验材料

3.2.3土壤及处理样品理化性质表征

3.2.4菲储备液的配制

3.2.5吸附实验

3.2.6数据处理

3.3结果与讨论

3.3.1吸附剂性质

3.3.2菲吸附等温线

3.3.3机理分析

3.4本章小节

参考文献

第四章中国农田土壤重金属污染状况及来源分析

4.1引言

4.2方法原理

4.2.1大气沉降

4.2.2畜禽粪便

4.2.3肥料与农药

4.2.4污水灌溉与污泥堆肥

4.2.5其它

4.2.6总净输入量计算

4.3结果与分析

4.3.1大气沉降

4.3.2畜禽粪便

4.3.3肥料与农药

4.3.4污水灌溉与污泥堆肥

4.3.5重金属输入清单

4.3.6土壤质量风险分析

4.4本章小结

参考文献

第五章赤泥吸附钝化镉机理研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1实验材料

5.2.2吸附试验

5.2.3吸附形态与连续分级提取

5.2.4XAS实验样品数据采集及分析

5.3结果与讨论

5.3.1赤泥性质

5.3.2吸附等温线

5.3.3吸附形态及机理分析

5.4本章小结

参考文献

博士后在站期间主要研究成果

附：攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢