土壤膠體對重金屬遷移的影響

中圖分類號：O65文獻標識碼：A文章編號：1008-925X(2011)09-00-01 摘要：土壤膠體在土壤中普遍存在。因其具有巨大的比表面積和較高的吸附容量，是環境中污染物的重要吸附劑，對重金屬的行為影響極為顯著。研究膠體對重金屬遷移行為的影響，能使我們更好的理解膠體-重金屬復合遷移過程，為土壤地下水環境管理及修復提供數據支持及理論指導。

關鍵詞：土壤 重金屬 膠體

引 言

土壤是一個復雜的環境系統，其內部環境及溶質運移狀態是人們不能直接觀察到的。土壤中含有豐富的無機和有機膠體，可以通過水文、地球化學及微生物等多種反應過程從土壤介質釋放到土壤水溶液中，并參與到地下環境中的反應中[1]。許多已有研究表明土壤對重金屬離子具有很強的吸附能力，溶液中重金屬離子的濃度強烈的受土壤膠體表面的吸附-解吸作用影響。

國內關于土壤對銅、鋅、鎘等重金屬離子的吸附-解吸行為的研究已經非常成熟，土壤膠體和重金屬的研究側重靜態且獨立，土壤膠體對各重金屬離子在土壤中的遷移及吸附-解吸行為的研究相對較少。本文旨在分析土壤膠體對重金屬行為的影響，為土壤重金屬污染的治理提供理論依據。

1．膠體遷移

土壤膠體不僅可以直接與土壤中的污染物發生表面吸附等作用，還可以通過其與土壤顆粒表面的反應，間接影響污染物在土壤表面的吸附解吸和沉積，從而影響其遷移過程。

國內已有一些土壤膠體的行為研究，如李海明等采用室內土柱試驗，研究咸水中膠體在飽水砂介質中的遷移-沉積特征 [2]，胡俊棟等采用飽和與非飽和土柱縱向淋溶研究方法和對流彌散方程對穿透曲線的擬合計算，考察了水飽和度、土壤水pH、離子強度、土壤孔隙水流速和土壤膠體顆粒大小對天然土壤膠體在實際土壤介質中釋放、沉積遷移行為的影響 [3]。

2．土壤膠體對重金屬遷移的影響

膠體對重金屬離子遷移的影響與膠體類型、重金屬種類及濃度、土層性質密切相關的[4]。分散在水相中的膠體性質穩定，適宜條件下能進行長距離的運移，促進吸附在膠體上的重金屬在土壤中的運移。而膠體對重金屬遷移的影響不僅僅是促進，還可能是抑制作用。比如，粒徑較大、鐵鋁氧化物含量高、高嶺礦物含量高的膠體則不利于重金屬遷移[5]。本文從以下幾個方面進行闡述。

2.1 膠體類型

不同的膠體因比表面、表面電荷、有機質含量等的不同對重金屬遷移的影響程度不同。肖廣全等選取三峽水庫消落區不同土壤為研究對象，研究了水分散態膠體對鎘遷移的影響，結果表明，膠體能夠促進鎘離子在土層中的遷移，其遷移能力紫色土膠體≥紫色潮土膠體>灰棕潮土膠體>蒙脫石膠體>黃壤膠體[6]。膠體微粒的粒徑大于介質的孔隙半徑，膠體的遷移受空間限制，若膠體微粒所帶電荷與地質介質表面所帶電荷的電性相反，膠體將聚沉于介質表面，遷移被阻止 [7-8]。

2.2 離子強度

溶液離子強度控制著膠體與介質顆粒間以及膠體顆粒之間的靜電作用力，通過引起膠體擴散雙電層電勢的變化影響膠體在多空介質中的沉淀動力學過程。胡俊棟等通過設定背景溶液CaCl2濃度水平分別為0.001、0.01、0.03和0.05mol·L-1的研究表明，離子強度增加，膠體的表面雙電層厚度壓縮變薄，膠體顆粒間的靜電排斥力減小，使得膠體間相互吸引集聚的機會增大，有利于膠體沉淀，遷移性變小 [9]。與Elimelich[10-11]及劉慶玲[12-13]所得結論一致。

2.3 pH

土壤pH影響重金屬化合物在土壤中的溶解度，因此影響重金屬元素的行為。pH值降低，介質溶液中正電荷增多，中和膠體表面所帶的負電荷，產生或加大了膠體與土壤介質表面間的靜電吸附作用，或者使得原本的靜電排斥作用減弱，促使土壤膠體在介質環境中淋溶穿透能力及對重金屬離子的吸附能力減弱。pH值除了本身對重金屬行為的影響還通過影響膠體運移行為來作用于重金屬。

2.4 流速

水流速度影響重金屬、土壤膠體與土壤顆粒的接觸時間與剪切力，從而影響其在土壤中的吸附及遷移。劉慶玲等通過室內飽和石英砂柱出流實驗探討高嶺石膠體和SiO2膠體在高（約20cm·h-1）低（約5 cm·h-1）兩種平均空隙流速作用下的遷移行為，研究表明，高流速條件下膠體穿透曲線的峰值明顯提高，通過對沉淀系數、吸附系數和膠體表面覆蓋度的分析，得出高平均孔隙水流速產生的水動力剪切力有利于膠體的移動[13]。

3.總 結

重金屬進入土壤中，與土壤介質發生吸附-解吸作用，土壤中含有大量具有巨大表面積和雙電層結構的膠體粒子，因此，土壤膠體對重金屬的吸附很大程度上決定著重金屬的分布和富集。地下環境中膠體作用下的重金屬方面的研究，改變了以往人們對重金屬在地下環境中運移的一些認識。

在影響土壤膠體與重金屬遷移的諸多因素中，國內尚未見土壤Eh對土壤膠體與重金屬復合遷移的影響研究的報道，因此可以成為今后土壤膠體與重金屬研究方面的另一新方向。

參考文獻：

[1] 李俊莉， 宋華明. 土壤理化性質對重金屬行為的影響分析[J]. 環境科學動態， 2003， 1:24-26

[2] 李海明， 李云， 翟菁等. 咸水中膠體運移-沉積對砂介質滲透性損失的數學模型[J]. 環境科學研究， 2010， 23(3):346-349.

[3] 胡俊棟， 沈亞婷， 王學軍. 土壤膠體在不同飽和度土壤介質中的釋放與淋溶行為研究[J].農業環境科學報， 2009， 28(9):18291836

[4] 肖廣全， 溫華. 魏世強. 三峽水庫消落區土壤膠體對Cd 在土壤中遷移的影響[J]. 水土保持學報， 2007， 21(4): 16-20