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《长安大学》 2003年
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黄土类土对铬、砷的净化机理及地下水防污安全埋深的研究

易秀  
【摘要】: 地下水是黄土地区重要的水资源。在人类农事活动和水事活动日益增强的情况下,如何利用包括土壤层在内的黄土地层自身的净水作用,保护地下水不受污染,具有重大的理论和实际价值,这是本论文的立项依据。作者在论文中依次研究了如下问题,并得出了相应的结论: (1)通过论证黄土的物理化学性质与结构特性,得出利用广布而深厚的黄土地层净化污水,以保证地下水的供给安全,这在黄土地区是可行的,并具有重大意义。 (2)分析了由于农事和水事活动所发生的土层入渗水中的污染元素,确定了毒性强、数量大、易迁移的铬、砷作为主要研究对象,研究其在黄土类土中的行为作用有代表性意义。 (3)开展试验从静态角度揭示土壤对铬、砷的净化机制、净化能力及影响因素。结果表明: ①黄土类土中Cr(Ⅲ)被净化主要是Cr(Ⅲ)形成Cr(OH)_3的沉淀作用; ②黄土类土对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附主要为专性吸附,Cr(Ⅵ)被吸附的形态是HCrO_4~-; ③根据测得的土壤吸附量利用朗格谬方程计算出整个黄土土层对Cr(Ⅵ)的平均最大吸附量为162μg/g,As(Ⅴ)为552μg/g; ④黄土中Cr(Ⅵ)被净化,是吸附作用和还原作用的综合表现。对As(Ⅴ)的净化机制不只限于吸附作用,还包括沉淀等其他理化作用; ⑤影响黄土对Cr(Ⅵ)、As(Ⅴ)起净化作用的主要因素有pH、有机质、铁、铝、钙化合物、土壤粘粒含量等。 (4)通过土柱淋滤试验,从动态角度研究得出铬、砷在黄土中具有以下迁移规律及特点: ①Cr(Ⅵ)、As(Ⅴ)在黄土中的吸附和迁移与土壤中的粘粒含量有关。迁移速度顺序为Cr(Ⅵ)>As(Ⅴ)。黄土对As(Ⅴ)的净化能力比净化Cr(Ⅵ)强; ②Cr(Ⅵ)在黄土中的迁移形式为CrO_4~(2-),As(Ⅴ)的迁移形式为HAsO_4~(2-); ③当一定深度的土壤层达到吸附饱和状态时,如果持续增加污水淋入量时,则吸附饱和状态的界限就会向深部移动,淋出液中的Cr(Ⅵ)、As(Ⅴ)亦会随水向深部转移; ④当污水入渗液中铬、砷浓度小于10.0mg/L时,黄土5m深度可作为Cr(Ⅵ)的净化深度,1.5m深度可作为As(Ⅴ)的净化深度。 (5)研究了Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)与营养元素钙、镁、磷及它们相互之间的交互作用。初步发现钙、镁对黄土吸附Cr(Ⅵ)有减小作用,对吸附As(Ⅴ)有增大作用;Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)同时存在时,似乎在黄土中的吸附量有相互促进趋势。 (6)在全面阐述土壤环境容量模型的基础上,用土柱淋滤试验方法研究首次得出了黄土类土中铬、砷的土壤环境容量分别为95.9kg/ha和12.6kg/ha。 (7)在陕西关中交口灌区进行了相关的野外试验研究,进而选用不同模型耦合计 算得出当灌溉水中铬、砷浓度不超过10.0m目1时,黄土地下水“防污埋深”对铬不小 于5.0m,对砷不小于1.5m。 以上取得的研究成果,为保证黄土区水资源的可持续利用提供了理论和实践依据。
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