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土壤中污染物的迁移转化规律(2)

时间:2010-01-29 03:29 来源:地理教师网 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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2.几种主要重金属在土壤中的迁移转化

1)汞的迁移转化 土壤中有金属汞、无机汞和有机汞。按其存在形态有离子吸附和共价吸附的汞、可溶性汞(HgCl2)、难溶性汞(如磷酸汞、碳酸汞和硫化汞)。硫化汞是极难溶的,所以有人把硫化汞看作土壤汞化物转化的最终产物。无机汞可还原为金属汞。有机汞如有促进还原作用的有机物参与,也降解为金属汞。在正常的土壤 Eh和 pH范围内,汞能以零价态(元素汞或金属汞)存在,是土壤中汞的重要特点。

(1)汞的吸附特征:据有人研究,粘土矿物对HgCl2的吸附顺序是:伊利石>蒙脱石>高岭石; 对醋酸汞的吸附作用蒙脱石的吸附量最大,水铝英石次之,高岭石最低。

pH也影响胶体对汞的吸附,粘土矿物在 pH7时吸附汞量最大,而有机胶体在较低的 pH时,就能达到最大的吸附量。

(2)汞的氧化还原特征:土壤中汞有三种价态;0、+1、+2。在还原条件下,Hg2+可还原为Hg0,但在好气条件下,Pseudomonao 细菌能将Hg2+转化为Hg0。

Hg2+在含有H2S的还原条件下,将生成极难溶的硫化汞(HgS)。当氧充足时,HgS又可慢慢氧化为亚硫酸盐和硫酸盐,使HgS转化为Hg2+。

(3)汞的甲基化:在嫌气条件下,无机汞在某些微生物的作用下可甲基化转化为剧毒的可溶性有机汞——甲基汞(CH3Hg)和二甲基汞((CH3)2Hg)。

2)镉的迁移转化 土壤中镉的存在形态也很多。但总的可分为水溶性镉和非水溶性镉两大类。离子态和络合态的水溶性镉CdCl2、Cd(WO3)2等能为作物所吸收,对生物危害大。而难溶性镉的化合物CdS、CdCO3等,则为非水溶性镉,不易迁移,不易为植物所吸收。两者在一定条件下可互相转化。

土壤中镉的迁移转化受pH和Eh的影响甚大。当土壤偏酸性时,镉的溶解度增高;反之当土壤pH偏碱性时,镉的溶解度低。据研究,土壤pH和交换性钙与水稻中镉的含量呈负相关。

日本园田等研究了不同 Eh条件下土壤对镉的吸附。在氧化条件下(500 mV),土壤和含镉溶液相作用时,其所吸持的镉中有20%以上处于交换态,同时加入磷酸盐,交换态镉减少,而不溶态镉增多,但可给态镉可达45%。土壤处于还原条件(200 mV)时,加入磷酸盐,可进一步使交换态镉减少,不溶态镉增多,这是由于还原条件对形成难溶性磷酸镉有利。特别当Eh降到0mV,无论施加磷酸与否,都使土壤不溶态镉增加。它不但是形成磷酸盐,而且能形成更稳定的硫化镉。日本水野等认为水稻吸收土壤中的Cd与Eh有密切关系。非溶性镉CdS一方面参与氧化还原反应:

CdSCd2++S2-而 S2--2eS↓

从而使可给态Cd2+浓度增加;另一方面硫离子氧化为硫酸,使土壤 pH降低,CdS的溶解度增加。

对被镉污染的土壤研究证明,Cd和 Zn、Pb等的含量存在一定的关系,镉含量高的地方,Zn、Pb、Cu也相应的高。锌的存在可抑制植物对镉的吸收。因此,镉的迁移转化除受土壤pH和Eh的影响外,还受

响。土壤可给态Cd2+含量高,水稻中镉的含量高的机率也大。

由于表层土壤对镉的吸附和化学固定,使土壤中镉的分布集中于土壤表层几厘米内。同时土壤中镉的污染容量最小,这是土壤镉污染的一个重要特点。因此,只要土壤中镉含量稍有增加,就会使水稻中镉的含量相应增高。因而为控制土壤镉污染所订的环境标准较为严格,不能超过 1.0 ppm。

3)砷的迁移转化 土壤砷的平均含量 5 ppm或 6 ppm。影响土壤砷含量的是母岩、气候条件和土壤固砷能力有关的物质组成与数量(如有机物、粘土矿物、Fe、S和Se等)以及土壤的pH和Eh条件。

砷的化学性质与磷相似,砷的残留量高,不能为微生物所分解,是土壤中主要污染物之一。

土壤中的砷大部分为胶体所吸附,或和有机物络合-螯合,或和磷一样与土壤中铁、铝、钙离子相结合,形成难溶性化合物、或与Fe、Al等的氢氧化物发生共沉淀。而水溶性砷只占全砷的5—10%。水溶性砷

土壤对砷的吸附,主要是粘土矿物中的铁铝氢氧化物,其次为有机胶体。我国土壤对砷的吸附能力的顺序是:红壤>砖红壤>黄棕壤>黑土>碱土>黄土。这也说明铁铝氢氧化物吸附砷的突出作用。被吸附的砷,1/3以上为交换态,其他为固定态。

对土壤吸附砷的交换,pH值起重要作用。pH值高,土壤砷吸附量减少,而水溶性砷增加。日本前田信麦等人的研究表明,随着Eh的降低和pH的升高,砷的可溶性显著增加。

土壤中可溶性砷酸和亚砷酸随Eh的变化而相互转化。土壤在氧化条件下大部分是砷酸,砷酸易被胶体吸附而增加土壤固砷数量。随着Eh的降低,砷酸转化为亚砷酸,可促进砷的可溶性,增加砷害。在对作物的危害中,亚砷酸比砷酸毒性更强。

4)铬的迁移转化 土壤中铬的含量范围在 10—150 ppm,平均含量为 40 ppm。土壤中的铬多属不溶性氧化物,可给性较低。铬在土壤中主要有两种价态;+3、+6。其中正三价最稳定。

土壤中铬的迁移转化受Eh影响较大。强酸性土壤中不存在六价铬化合物,因为它必须具有很高的 Eh(>1.2伏)。但在弱酸性与弱碱性条件下可能有六价铬化合物,如 pH是 8,Eh是0.4伏的荒漠土壤中曾发现铬钾石(K2CrO4)的存在。土壤的六价铬可被土壤有机质还原为三价铬。除非在碱性氧化条件下,土壤中铬酸盐是不稳定的。

铬离子不存在于溶液中,在酸性条件下可与水和其他阴离子结合,碱性溶液中则可形成多核的羟基化合物。

土壤铬的可给性较低,部分原因是土壤胶体对铬的强吸附作用,Cr3+甚至可交换粘土矿物晶格中的Al3+。许多土壤还表现了对Cr2O4-吸附

化铁对铬的吸附力,远非高岭石和蒙脱石可比。

土壤中的铬多属不溶性化合物,故迁移力很低,污水中85.99%的铬都残留累积在土壤表层中。
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