3.2.3土壤环境中典型重金属的迁移转化在线视频

各位同学大家好

现在我们一块来学习

土壤环境中典型重金属的迁移转化

对于土壤环境而言

其典型重金属主要分成这么几种

我们可以结合2018年的土壤环境质量

农用地及建设用地

土壤污染风险管控标准来看

在农用地土壤污染风险管控标准中

主要包括

铜

锌

铅

镍

铬

镉

汞和砷共8种重金属

其中铜和锌是两种

在低浓度时

对生物可能是有益的微量元素

只有在高浓度的时候才表现出毒性

而另外6种重金属则不是生物体必需的元素

也就是都是有毒有害的

下面我们来看建设用地

土壤污染风险管控标准中

关注的土壤重金属

分基本项目和其他项目

其中基本项目有7种重金属

和农用地相比

只是少了锌

而其他项目主要结合

冶炼或者煤炭等行业

增加了锑

铍

钴

甲基汞和钒共5种重金属

下边我们从

镉

砷和铬这三种土壤环境中的典型重金属来看

它们的迁移和转化

首先是镉

土壤中镉的存在形态

主要包括水溶态的像离子态

络合态

非水溶态的

像沉淀态

难溶络合态等

总体而言

金属镉是无毒的

镉的化合物毒性比较高

为积蓄型化合物

其慢性中毒的潜伏期可达10-30年

我们先来看镉的吸附和解吸

土壤中吸附镉的量受多种因素影响

如离子强度

交换性阳离子种类和pH值等

石灰性土壤比酸性土壤

对镉的吸持能力大很多

随着pH值的增加

土壤对镉的吸附也会显著增加

土壤吸持镉的解吸具有重要的生态

和环境意义

解吸量的多少

标志着在一定条件下

土壤对地下水、土壤生物及作物吸收镉

或食物链潜在影响的大小

下面我们再来看镉的沉淀与溶解

酸性条件下

镉化合物溶解度会增大

毒性会增强

而碱性条件下则容易形成氢氧化镉沉淀

镉的氧化与还原

旱地土壤也就是典型的氧化环境

镉会以碳酸镉

磷酸镉

氢氧化镉等的形式存在

因此氧化条件下

镉的活性或毒性相对较强

而在淹水的还原环境中

土壤中的镉经常以硫化镉沉淀的形式存在

其活性和毒性都相对较低

总体而言

土壤镉易被植物吸收

从而表现出一定的毒性

下面是镉污染水田种植水稻的

不同浓缩系数

总体而言

根的镉浓缩系数是最高的

其次是秆

枝

叶鞘

叶身

稻壳

最后是糙米

因此为了保障

糙米中镉的含量

也就是食品安全

或者说食品的品质

对于镉污染土壤进行风险管控时

其管控措施，如稳定剂和修复剂的种类

至关重要

同时我们选择不同水稻的品种

从而最终从糙米中镉的含量来控制

其浓缩系数

或者说镉的植物毒性

也是我们要考虑的

镉可以在植物体内取代锌

破坏参与呼吸和其他生理过程含锌酶的功能

从而抑制植物生长

并导致其死亡

值得注意的是土壤中镉的环境容量

较其他重金属小很多

如农用地中

镉的筛选值仅为0.3mg/kg

这一点是我们需要特别关注的

下面我们再来看另外一种

也就是砷在土壤环境中的迁移转化

大家知道砷是一种类金属

或者叫准金属元素

但是由于其在土壤环境中的迁移转化规律

毒性效应都与重金属相似

以及它在土壤污染控制中的方法

控制的效率等等也与重金属相似

因此我们也把它作为土壤环境中

一种典型的重金属来研究和考虑

土壤环境中砷可以分为三价态和五价态

总体而言三价态的砷毒性高于五价砷

其以水溶态砷

吸附态砷

难溶性砷而存在

三种形态的砷在一定条件下

可以相互转化

我们先来看砷的吸附与解吸

进入土壤中的砷

首先会被土壤所吸附

土壤

铁

锰

铝等无定形氧化物越多

其吸附砷的能力也会越强

土壤中砷的解吸

与砷化物种类和土壤组成有关

当pH值为中性时

其解吸顺序为甲基胂酸钠

大于亚砷酸盐大于砷酸盐

pH值对砷的吸附和解吸有一定的影响

pH值是影响土壤中砷解吸的重要因素

随着pH值的增加

土壤中砷的水溶性也会增加

另外其它离子对砷的吸附和解吸

也有一定的影响

如一些阴离子通过竞争吸附和配位交换反应

会影响土壤中砷的解吸

如加入100mg/kg的磷

可以使水溶性砷增加到原来的3倍之多

我们再来看砷的氧化与还原

类似的，在旱地氧化环境中

砷会以高价态的砷酸盐形式存在

在还原性的淹水土壤环境中

并且当含硫量较高时

会以硫化砷的形态存在

砷不是生物生长必需的元素

也就是它是一种典型的有毒有害元素

砷在植物中主要分布于植物根部

在浸水土壤中生长的作物

砷含量会比较高

下面我们再来看另外一种

也就是Cr铬在土壤环境中的迁移转化

金属铬无毒

三价铬有毒

而六价的铬毒性非常大

而且还具有一定的腐蚀性

铬对皮肤和黏膜

都会表现出强烈的腐蚀和刺激作用

对全身也有毒害作用

铬对种子的萌发

作物生长也有一定的毒害作用

我们来看铬的吸附与解吸

土壤、

矿物对六价铬的吸附作用

涉及到土壤、

水体中铬的存在形态

会影响到Cr铬在土壤和水体中的

整体的迁移和转化机制与过程

六价铬在土壤中的易移动性

可以造成其对地下水系统的污染

当土壤中存在一定含量的有机质时

可以把六价铬还原为三价铬

从而使溶液中的六价铬浓度降低

而降低它的毒性

在吸附过程中

pH值是重要的影响因素之一

其不仅会影响矿物吸附的位点

还会影响溶液中六价铬的形态分布

及其结合反应

土壤对六价铬的吸附量

会随pH值的上升而减少

土壤中三价铬会由于强烈的吸附和沉淀作用

在土壤溶液中浓度很快减少

pH值升高到4以上

三价铬溶解度会降低

升高到5.5时

几乎全部形成沉淀

在碱性土壤中

三价铬会形成铬的多环羟基化合物

铬的氧化与还原

被氧化锰吸附的三价铬可以氧化成六价铬

从而造成溶解度增加

生物毒性升高

因此这种氧化作用会增加

铬的环境危害性

我们先来看三价铬的氧化

三价铬的氧化问题

关系到铬的二次污染

一些研究表明

土壤中氧化锰对三价铬

有一定的氧化能力

而且会受到pH值和氧化还原电位的影响

氧化锰含量较高、

有机质含量较低时

大部分新鲜土壤样品对三价铬

都有一定的氧化能力

我们再来看土壤中六价铬的还原

土壤溶液中六价铬的减少

主要是由于土壤吸附和还原作用所带来的

我们来看这样一张图

对于土壤的六价铬而言

它可以吸附在土壤颗粒上

吸附常数

可以用k1来表示

同时土壤颗粒吸附的六价铬

还可以解吸到土壤溶液中

另外六价铬会通过还原作用

形成三价铬

它的反应速率

可以用常数k3来表示

而作为一个可逆过程

三价铬还会氧化成六价铬

而土壤中六价铬还原影响因素也是多种多样的

随着有机质含量的增加

六价铬的还原速度会增加

土壤pH值对六价铬的还原也有一定影响

另外有机质对六价铬的还原作用

会随土壤pH值的升高而降低

随pH值的下降而增加

今天的内容就到这里

谢谢大家