土壤胶体对重金属迁移的影响
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作者: 范杰
中图分类号：O65 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2011)09-00-01 摘要：土壤胶体在土壤中普遍存在。因其具有巨大的比表面积和较高的吸附容量，是环境中污染物的重要吸附剂，对重金属的行为影响极为显著。研究胶体对重金属迁移行为的影响，能使我们更好的理解胶体-重金属复合迁移过程，为土壤地下水环境管理及修复提供数据支持及理论指导。
关键词：土壤 重金属 胶体
引 言
土壤是一个复杂的环境系统，其内部环境及溶质运移状态是人们不能直接观察到的。土壤中含有丰富的无机和有机胶体，可以通过水文、地球化学及微生物等多种反应过程从土壤介质释放到土壤水溶液中，并参与到地下环境中的反应中[1]。许多已有研究表明土壤对重金属离子具有很强的吸附能力，溶液中重金属离子的浓度强烈的受土壤胶体表面的吸附-解吸作用影响。
国内关于土壤对铜、锌、镉等重金属离子的吸附-解吸行为的研究已经非常成熟，土壤胶体和重金属的研究侧重静态且独立，土壤胶体对各重金属离子在土壤中的迁移及吸附-解吸行为的研究相对较少。本文旨在分析土壤胶体对重金属行为的影响，为土壤重金属污染的治理提供理论依据。
1．胶体迁移
土壤胶体不仅可以直接与土壤中的污染物发生表面吸附等作用，还可以通过其与土壤颗粒表面的反应，间接影响污染物在土壤表面的吸附解吸和沉积，从而影响其迁移过程。
国内已有一些土壤胶体的行为研究，如李海明等采用室内土柱试验，研究咸水中胶体在饱水砂介质中的迁移-沉积特征 [2]，胡俊栋等采用饱和与非饱和土柱纵向淋溶研究方法和对流弥散方程对穿透曲线的拟合计算，考察了水饱和度、土壤水pH、离子强度、土壤孔隙水流速和土壤胶体颗粒大小对天然土壤胶体在实际土壤介质中释放、沉积迁移行为的影响 [3]。
2．土壤胶体对重金属迁移的影响
胶体对重金属离子迁移的影响与胶体类型、重金属种类及浓度、土层性质密切相关的[4]。分散在水相中的胶体性质稳定，适宜条件下能进行长距离的运移，促进吸附在胶体上的重金属在土壤中的运移。而胶体对重金属迁移的影响不仅仅是促进，还可能是抑制作用。比如，粒径较大、铁铝氧化物含量高、高岭矿物含量高的胶体则不利于重金属迁移[5]。本文从以下几个方面进行阐述。
2.1 胶体类型
不同的胶体因比表面、表面电荷、有机质含量等的不同对重金属迁移的影响程度不同。肖广全等选取三峡水库消落区不同土壤为研究对象，研究了水分散态胶体对镉迁移的影响，结果表明，胶体能够促进镉离子在土层中的迁移，其迁移能力紫色土胶体≥紫色潮土胶体>灰棕潮土胶体>蒙脱石胶体>黄壤胶体[6]。胶体微粒的粒径大于介质的孔隙半径，胶体的迁移受空间限制，若胶体微粒所带电荷与地质介质表面所带电荷的电性相反，胶体将聚沉于介质表面，迁移被阻止 [7-8]。
2.2 离子强度
溶液离子强度控制着胶体与介质颗粒间以及胶体颗粒之间的静电作用力，通过引起胶体扩散双电层电势的变化影响胶体在多空介质中的沉淀动力学过程。胡俊栋等通过设定背景溶液CaCl2浓度水平分别为0.001、0.01、0.03和0.05mol・L-1的研究表明，离子强度增加，胶体的表面双电层厚度压缩变薄，胶体颗粒间的静电排斥力减小，使得胶体间相互吸引集聚的机会增大，有利于胶体沉淀，迁移性变小 [9]。与Elimelich[10-11]及刘庆玲[12-13]所得结论一致。
2.3 pH
土壤pH影响重金属化合物在土壤中的溶解度，因此影响重金属元素的行为。pH值降低，介质溶液中正电荷增多，中和胶体表面所带的负电荷，产生或加大了胶体与土壤介质表面间的静电吸附作用，或者使得原本的静电排斥作用减弱，促使土壤胶体在介质环境中淋溶穿透能力及对重金属离子的吸附能力减弱。pH值除了本身对重金属行为的影响还通过影响胶体运移行为来作用于重金属。
2.4 流速
水流速度影响重金属、土壤胶体与土壤颗粒的接触时间与剪切力，从而影响其在土壤中的吸附及迁移。刘庆玲等通过室内饱和石英砂柱出流实验探讨高岭石胶体和SiO2胶体在高（约20cm・h-1）低（约5 cm・h-1）两种平均空隙流速作用下的迁移行为，研究表明，高流速条件下胶体穿透曲线的峰值明显提高，通过对沉淀系数、吸附系数和胶体表面覆盖度的分析，得出高平均孔隙水流速产生的水动力剪切力有利于胶体的移动[13]。
3.总 结
重金属进入土壤中，与土壤介质发生吸附-解吸作用，土壤中含有大量具有巨大表面积和双电层结构的胶体粒子，因此，土壤胶体对重金属的吸附很大程度上决定着重金属的分布和富集。地下环境中胶体作用下的重金属方面的研究，改变了以往人们对重金属在地下环境中运移的一些认识。
在影响土壤胶体与重金属迁移的诸多因素中，国内尚未见土壤Eh对土壤胶体与重金属复合迁移的影响研究的报道，因此可以成为今后土壤胶体与重金属研究方面的另一新方向。
参考文献：
[1] 李俊莉, 宋华明. 土壤理化性质对重金属行为的影响分析[J]. 环境科学动态, 2003, 1:24-26
[2] 李海明, 李云, 翟菁等. 咸水中胶体运移-沉积对砂介质渗透性损失的数学模型[J]. 环境科学研究, 2010, 23(3):346-349.
[3] 胡俊栋, 沈亚婷, 王学军. 土壤胶体在不同饱和度土壤介质中的释放与淋溶行为研究[J].农业环境科学报, 2009, 28(9):18291836
[4] 肖广全, 温华. 魏世强. 三峡水库消落区土壤胶体对Cd 在土壤中迁移的影响[J]. 水土保持学报, 2007, 21(4): 16-20
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