多元重金属与土相互作用及络合剂促解吸机制研究

Combined contamination of heavy metals is the main type of soil contamination, and increasingly frequent incidents of soil contamination stemming from heavy metals have aroused broad attention in recent years. Based on this situation, a series of laboratory experiments will be performed to study the behavior between heavy metals in multi systems composed by typical heavy metals (i.e., Cu(II), Zn(II), Cd(II) and Pb(II)) and clay or silt, and competitive sorption mechanism and behavior will be revealed by means of X-ray diffraction spectra (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Releasing behavior and influencing factors of multi-metals in combined heavy metal contaminated soil will be studied using chelating agents (i.e., nitrilotriacetic acid trisodium salt monohydrate (NTA), ethylenediamine tetraacetic acid disodium salt (EDTA) and citric acid). Appropriate remediation assistants will be found to match different types of soil, inner mechanism of chelating agents assisting heavy metal release will be studied, and multi solute transport parameters taking account of the effect of chelating agents will be obtained to estimate the migration and fate of multi metal in contaminated soil. The results can be served as reliable theory basis for risk assessment and flushing remediation of soil contaminated by combined heavy metals.

重金属复合污染是土体遭受污染的一种典型情况，近年来，土体重金属污染事件的频繁发生引起了社会各界的高度重视。本项目以此为背景，通过一系列室内试验，开展典型重金属Cu(II)、Zn(II)、Cd(II)、Pb(II)组成的多元体系中重金属与粉土和粘土相互作用的研究，结合XRD（X光衍射光谱）和FT-IR（傅里叶红外光谱）等光谱分析法揭示多元体系重金属之间的竞争特性及复合重金属与土体的结合机理；采用NTA(氨基三乙酸)、EDTA(乙二胺四乙酸)、柠檬酸三种络合剂作为解吸助剂，研究复合重金属污染土中重金属的释放特性及影响因素，寻求与土类匹配的合适的污染土体修复助剂，揭示络合剂促重金属解吸的内在机制，并获取络合剂作用下单一及多元溶质运移的参数，预测复合重金属在土体中的迁移及归宿。研究成果有望为重金属复合污染土体的风险评估及污染土体的淋洗修复提供可靠的理论依据。

本课题以当前我国的复合重金属污染评价与防治为背景，研究了多元重金属污染物与土体的相互作用以及络合剂促使重金属解吸的特性及机理。研究络合剂作用下重金属离子从污染土中释放的特性及机理有助于合理选择经济、环保的修复助剂提高污染土体修复的效果。本研究通过一系列室内试验，开展典型重金属复合污染物与土体的相互作用研究，并进一步研究了复合重金属污染物的竞争吸附特性，结合XRD（X光衍射光谱）和FT-IR（傅里叶红外光谱）分析法揭示重金属与土体的作用机理；通过控制关键因素，开展不同络合剂对典型重金属离子在土体中的释放特性研究，分析络合剂修复重金属污染土体的调控机制，揭示络合剂-重金属-土体之间的结合的内在机理。重金属在土体中的选择吸附顺序不仅与重金属本身的属性有关，还与土体的矿物成分及有机质组成密切相关。由于环境pH的影响，络合剂对二价、三价重金属的作用效果不一致，促进了二价重金属的解吸，促进了三价重金属的再次吸附。复合重金属体系中，由于各种重金属之间的相互对抗相互竞争，导致解吸现象不同于单系统中重金属的解吸，吸附、解吸、络合现象同时发生。土柱淋洗试验研究表明，络合剂对污染土中重金属的去除具有显著的成效。研究成果不仅具有重要的学术价值，而且对污染土体的修复具有指导意义，并可用于预测污染土体修复过程中重金属污染物的迁移及归宿情况，从而为污染土体的风险评估提供依据。