试析再生水灌溉条件下土壤-地下水系统六价铬迁移转化规律研究

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1、中国农业大学博士学位论文再生水灌溉条件下土壤-地下水系统六价铬迁移转化规律研究姓名：傅臣家申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：曾德超;刘洪禄20070501摘要为了保持和扩大有效的水供应，家庭、工业、商业以及农业对水资源日益增长的需求已经使水的再生及其利用变成一个越来越具有吸引力的方案．再生水中的有毒化学物质和致病性微生物的出现不但对人类健康不和，而且还会污絷土壤和地下水，如重金属．六价铬有毒，且致癌，致突变，在美国20种污染物质中列17位．铬广泛用于许多工业和商业生产，例如电镀、鞣革、矿石和石油冶炼

2、、印染和木材防腐．无机化学以及废弃物和其他金属加工工业．在环境中，金属铬非常易于发生氧化还原反应，主要以三价和六价两种状态出现．这两种氧化态具有相反的毒性和迁移性：三价铬无毒且不易迁移，而六价铬有毒且易于迁移．为了预测和理解铬元素的潜在危害，必须搞清楚土壤和水中影响铬行为的化学反应，本文对此进行了综述和进一步研究．主要研究内容如下：通过批量平衡试验。研究了六价铬在土壤中的吸持反应，并进行了动力学模型拟合和吸持等温线平衡模型拟合研究．试验共三种土壤、六个浓度和两个温度，同时运用六个动力学模型和四个平衡模型进行了模拟

3、．结果表明，由于六价铬的阴离子特性，六价铬在±壤中的物理化学特性非常复杂，而且不易于被土壤所吸持，吸持量较小，而且吸持不稳定．根据试验结果，达到了较好的模拟效果，为进一步研究提供了依据．通过批量平衡试验，研究了玉米秸秆、抗坏血酸，腐殖酸以及三种化学肥料等物质对土壤吸持六价铬行为的影响．结果表明，玉米秸秆和抗坏血酸可以有效地促进六价铬在土壤中的吸持(吸附和还原)．玉米秸秆是一种有机物料，它可以促进六价铬的吸持．本研究通过批平衡试验，描述了不同玉米秸秆投入量对土壤吸持六价铬的影响及其动力学过程，并且通过lO个动力学模

4、型进行了拟合。拟合效果较好．另外，还描述了反应的吸附等温线和平衡模型，结果可以用Hetty模型、langmuir模型、Freundlioh模型和Telunin模型进行较好模拟．结果表明，玉米秸秆可以有效f地促进六价铬在土壤中的吸持，可以作为六价铬的吸附剂．该结果具有良好的环境效应和经济效应．由于抗坏血酸是一种无毒且存在广泛的人类和动物还原剂，它易溶于水且在各种土壤中易于迁移．把六价铬还原为无毒、低迁移性的三价铬，具有较好的环境意义．本文研究了在弱碱性土壤条件下，抗坏血酸对六价铬的还原作用．结果表明，抗坏血酸可用于

5、含六价铬的再生水灌溉条件下六价铬的有效还原。减少对土壤及地下水的污染。化学肥料和腐殖酸在北京市典型土壤中对六价铬的吸持作用的影响不很明显．通过实验室土柱试验，研究了六价铬在排水条件下饱和土壤中的运移规律，并用HYDRUS．ID模型对试验数据进行了模拟。取孝寻了在耕作土壤条件下六价铬迁移转化的有关参数，为田问试验条件下的研究提供了依据．同时，对玉米秸秆对六价铬在土壤中的吸持作用也进行了柱试验研究(通过秸秆覆盖和秸秆混合两种方式)。另外，对于田问条件下六价铬的迁移转化和分配规律进行了研究。并通过HYDRUS-ID模型

6、进行了不同灌溉行为条件下六价铬迁移转化行为和分配规律预测，并提出了再生水灌溉条件下六价铬的水质标准，模型模拟结果准确，可靠。关键词：六价铬，土壤一地下水系统。吸持，迁移转化。模型，再生水灌溉ⅡAbstractIncreasingdemandsollwaterresourcesfordomestic，ommefciaLina．s仃ial,andagriculturalpurposeshavemadewaterreclamationandretlse柚attractiveoptionforconservingande

7、xtendingavailablewatersupplies．nepf鹳锄ccoftoxicchemicalsandpathogemcmia∞∞韵ni跏培inreclaimedwastowater,notonlycreatesthepotentialforadversehealtheffectsbutalsoresultsincontaminatedsoilandgroundwaterinmanyareas，forinstance,heavymetals．Hexavalentchromimnisverytoxic

8、andisknowntohavecarcinogenicandmutagenice,ffccts．Chromimcompoundsmwidelyusedinmanyindustrialandcommercialpro∞潞’includingeiectroplating"leathertanning,oreandpetroleumrefining，textilemanufa