土壤中重金屬與銨態(tài)氮的共運(yùn)移模擬及模型參數(shù)分析.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快以及農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)數(shù)量、種類的增加，土壤重金屬及氮素污染日益加劇。垃圾的淋濾、礦山開(kāi)采廢液的排放、污水灌溉和農(nóng)藥化肥的大量施用等，都可造成土壤中重金屬與銨態(tài)氮共存的情況。與硝態(tài)氮相比，銨態(tài)氮更易被土壤吸附，它只有在特定條件下，借助于滲流的驅(qū)動(dòng)才可能在土壤剖面中隨水遷移。本論文通過(guò)批量平衡吸附實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)土柱實(shí)驗(yàn)，研究了重金屬(Zn2+、Cd2+、Cu2+)及銨根離子在土壤中的吸附、運(yùn)移過(guò)程;在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上

2、，利用Freundlich和Langmuir方程對(duì)重金屬及銨根離子的吸附等溫方程進(jìn)行擬合，同時(shí)利用Hydrus-1D軟件對(duì)重金屬的運(yùn)移過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出以下主要結(jié)論:
　　 (1)在靜態(tài)等溫吸附實(shí)驗(yàn)時(shí)，土壤對(duì)重金屬及銨根離子的吸附量隨著平衡液濃度的增大而增大。NH4+/Zn2+/Cd2+/Cu2+三三組合，競(jìng)爭(zhēng)吸附能力的大小順序?yàn)?Cd2+＞Zn2+＞NH4+，Cu2+＞ Zn2+＞ NH4+，Cu2+＞ Cd2+＞NH4

3、+，初始溶液的pH越高，吸附量越大;離子強(qiáng)度越大，吸附量越低。用Freundlich方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合過(guò)程中，相關(guān)系數(shù)R2＞0.885，擬合結(jié)果較好;用Langmuir方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合過(guò)程中，相關(guān)系數(shù)R2在0.85左右，與Freundlich方程的擬合效果相比差一些，說(shuō)明用Freundlich方程擬合重金屬及銨根離子在土壤中的等溫吸附過(guò)程效果更好。
　　 (2)不同pH和離子強(qiáng)度條件下，NH4+/Zn2+/Cd2+/Cu2

4、+三三組合，在土壤中運(yùn)移速度大小為:NH4+＞Zn2+＞Cd2+，NH4+＞ Zn2+＞ Cu2+，NH4+＞ Cd2+＞ Cu2+。pH越高，出流時(shí)間越晚，峰值越低;離子強(qiáng)度越大，出流時(shí)間越早，峰值越高。說(shuō)明低pH、高離子強(qiáng)度有利于重金屬及銨根離子在土壤中的運(yùn)移。出流液pH先下降后上升，最后趨于平緩。初始pH越高，出流液整體pH越高，Eh變化正好相反。出流液電導(dǎo)率EC隨著混合溶液的輸入先上升后下降最終趨于平衡，初始pH、離子強(qiáng)度越高，

5、電導(dǎo)率EC整體越高。
　　 (3)運(yùn)用Hydrus-1D軟件中的非平衡兩點(diǎn)模型(TSM)對(duì)不同pH(4.5、5.5、6.5)和離子強(qiáng)度(0.002、0.01、0.05 mol/L)條件下重金屬及銨根離子運(yùn)移的穿透曲線進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示:模擬值與觀測(cè)值的相關(guān)系數(shù)R2＞0.857，MSE＜0.036。分配系數(shù)Kd隨著pH升高而升高，隨著離子強(qiáng)度的增大而減小;f值均很小，說(shuō)明大部分吸附交換點(diǎn)位分布在限速吸附區(qū)，吸附反應(yīng)是一個(gè)與時(shí)間相關(guān)

6、的動(dòng)力學(xué)過(guò)程;一階動(dòng)力學(xué)系數(shù)α值基本上隨著pH的升高而增大，隨著離子強(qiáng)度的增大而減小（個(gè)別情況除外）。吸附平衡的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)β＜1，說(shuō)明介質(zhì)是化學(xué)非均質(zhì)的，吸附點(diǎn)位差異而造成的非平衡性對(duì)運(yùn)移過(guò)程起著主導(dǎo)作用。
　　 (4)利用Freundlich和Langmiur吸附等溫模型擬合得到的參數(shù)計(jì)算出的阻滯因子與利用Hydrus-1D軟件模擬得到的參數(shù)求得的阻滯因子不同，存在一定差異，且阻滯因子的大小順序?yàn)?Cd2+＞Zn2+＞NH4+。

7、不同pH和離子強(qiáng)度條件下，同一物質(zhì)與不同組分競(jìng)爭(zhēng)時(shí)的分配系數(shù)也不同。
　　 (5)利用Freundlich、Langmiur和TSM模型模擬得到的分配系數(shù)Kd及其他相關(guān)參數(shù)預(yù)測(cè)重金屬和銨根離子在土壤中運(yùn)移過(guò)程的穿透曲線，結(jié)果顯示:出流時(shí)間及相對(duì)濃度峰值均有所差異;Freundlich、Langmiur方程所求參數(shù)預(yù)測(cè)得到穿透曲線的出流時(shí)間較早，相對(duì)濃度峰值較高，高估了重金屬及銨根離子在土壤中的運(yùn)移速度及出流峰值，TSM則低估了重