运城盆地土壤中氟运移规律动态试验研究

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1、第37卷第3期2010年6月中国地质GEoLoGYINCHINAV01．37．No．3Jun．，2010运城盆地土壤中氟运移规律动态试验研究张红梅(中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京100083)提要：针对运城盆地氟污染重点区域取土。借助土柱物理模型试验装置，进行了氟污染物在土壤中的迁移规律研究。得到了不同质地的土壤在连续输入不同污染物浓度条件下，土壤中氟离子浓度随时空变化的过程。结果表明，氟离子化学性质活泼．在土壤中迁移过程比较复杂。氟吸附过程中伴随羟基OH一的释放，故实验过程中土壤溶液pH值由中性过渡到碱性。由于受吸附和解吸作用的影响．表现在氟离子穿透曲线对称性不好．各测点浓度

2、峰值沿程逐渐衰减，拖尾现象严重，垂向迁移距离非常有限，因此运城盆地土壤中的氟离子很难直接垂向淋滤到浅层地下水中，这与实测资料结果一致。关键词：土壤；氟；运移规律；动态试验中图分类号：P641．69文献标志码：A文章编号：1000—3657(2010)03—0686-04对氟污染物的研究．是目前十分关注的环境热点问题之一。氟中毒是山西省分布最为广泛的一种地方病。有重度病区9个县．中度病区41个县，轻度病区15个县。影响人口245万。其中运城盆地北部氟中毒较为严重。分布也较为集中。前人研究认为运城盆地高氟污染形成的原因主要是该盆地含氟矿物引起的．依据2007年山西省运城盆地土壤和水的地球化学分

3、析结果：土壤中的氟含量与其对应的浅层地下水氟含量分布不一致．即土壤中氟含量高的地区对应的地下水中氟含量并不一定高。为了研究氟污染物的危害程度及迁移特征．必须了解污染物在多孔介质中的运移规律以及预测其动态分布。因此研究氟化物在水土系统中的迁移规律．成为预测和控制氟化物运移的关键。因氟具有特殊的化学特性．前人的研究主要集中在氟的吸附和解吸模型方面{11。由于氟元素化学性质活泼。影响其在土壤中迁移和富集的因素很多．本文是以氟离子为研究对象．借助土柱物理模型实验装置．研究氟离子在不同质地土壤中注入不同的氟离子浓度后随时间和空间的动态分布规律：解释说明土壤中氟含量高的地区所对应的地下水中氟含量并不一

4、定高的原因。该研究可为山西省防治氟对环境危害程度的预测分析、确定科学的治理对策打下基础。1实验材料与方法为研究氟离子浓度在不同土壤中沿垂向随时间和空间的变化规律．特别设计了外直径为40cm．高度为100cm的大型有机玻璃土柱扰动土物理模型试验(图1)。土柱侧面共设有5个陶土头取样管。各测管的位置距离土柱底部的高度分别为：管1：z=85cm；管2：z=55cm；管3：z=25cm；管4：z=20cm：管5：z=10cm。试验开始之前．首先将2个大土柱用清水进行淋滤，按试验要求抽取采样点的土壤液相水体，并进行水样化验分析．确定土柱内土壤溶液中F一的本底浓度值。本文试验开始前．经过7天时间的淋滤

5、。土柱各测点的初始浓度基本均匀。开始试验时，在两个土柱顶部连续注入NaF溶液．1*大土柱原液中F一的浓度为0．1mol／L．注入平均流量为3．7mL／min。3#大土柱原液中F一的浓度为O．3mol／L。注入流量为0．4mL／min。注完原液以后．立刻改换成用清水进行淋滤，这一淋滤过程持续相当长一段时间。加入运移收稿日期：2009-08-10：改回日期：2010-01-05作者简介：张红梅，女，1966年生。讲师，水文水资源专业；E-mail：zlnn6010004@163．120111。第37卷第3期张红梅等：运城盆地t壤巾氟运移规律动态试验研究687图1土梓试验装置图1一溢流孔：2一有

6、机玻璃上柱；3一试验土样：4一取样管：5一支架Fig．1TestdeviceofsoilColumn1一Overflowhole；2一Plexiglzsssoilcolumn；3-Testsob；4一Watersampletube；5-Support溶液后．每隔一定时间从土柱下端取样．氟离子浓度测定采用PF一1C(201)型氟电极。参比电极为802型单液接饱和甘汞电极。根据氟标准浓度一电位曲线即可求出溶液的氟离子浓度。试验中为了消除试样间离子强度与pH的差异．在测定氟离子浓度时．加入了离子强度调节剂柠檬酸钠(CH，Na30。．2H：O)。在注入清水阶段，同样也每隔一定时间从土柱各测点取样分

7、析化验氟离子浓度。2结果与分析根据实测资料进行过程线作图。图2、图3分别为1*大土柱、3*大土柱注入NaF溶液时，通过土柱不同测点的穿透曲线，图中横坐标为时间t．纵坐标为氟离子相对浓度Cf／Co．其中co为输入NaF溶液中的F一离子浓度．Cf代表任意时刻取样所测液体的F一离子浓度。由图可见，穿透曲线的形状由测点管1的浓度峰值高、分布窄到尾部出水口处的浓度峰值低、分布宽．并依次出现严重的拖尾现象。比较两图中各条穿透曲线的浓