氟在土中的吸附運(yùn)移規(guī)律探討

摘 要：氟是自然界中廣泛存在的元素，也是人體需要的微量元素，但是體內(nèi)氟含量過高會(huì)引起氟斑牙、氟骨癥等常見的地氟病。土壤的性質(zhì)不同，氟含量就有顯著的差異，不同類型的土壤以及土中各類化學(xué)元素的含量差異對(duì)氟的吸附及遷移有不同影響，而且隨著溫度、時(shí)間等物理?xiàng)l件的變化，氟的含量也有明顯變化。文章對(duì)氟及氟化物在各種類型的土壤中的吸附遷移規(guī)律及其影響因素進(jìn)行綜述，為研究氟在土壤中的遷移規(guī)律提供理論依據(jù)，對(duì)預(yù)防地氟病提供幫助。

關(guān)鍵詞：氟；土；吸附；遷移規(guī)律

氟是人體所必須的微量元素之一，身體主要通過飲用水來補(bǔ)充氟，體內(nèi)氟含量過多或過少都會(huì)對(duì)身體健康產(chǎn)生很大影響。氟主要通過土壤進(jìn)入水中，當(dāng)土壤中氟含量較低時(shí)，進(jìn)入到地下水中氟就會(huì)更少，人類長(zhǎng)期引用這類水，會(huì)導(dǎo)致身體缺氟，影響牙齒和骨骼的生長(zhǎng)，當(dāng)土壤中氟含量較高時(shí)，進(jìn)入到地下水中的氟也會(huì)偏高，含氟量偏高的飲用水導(dǎo)致人體內(nèi)氟過量而造成氟中毒[1]。隨著社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，排放的各種含氟的污染物使土壤和地下水受到了不同程度的污染，嚴(yán)重威脅著人類的生命健康。

土壤中的氟主要來源于巖土礦物的風(fēng)化、大氣以及人類活動(dòng)產(chǎn)生的氟類污染物。含氟礦物風(fēng)化后進(jìn)入到土壤中，是土壤中氟的主要來源，人類生產(chǎn)生活所產(chǎn)生的含氟廢物進(jìn)入到大氣或土壤中，當(dāng)有降水時(shí)，大氣中的氟便進(jìn)入到土壤中[2]。由于氟具有特殊的化學(xué)性質(zhì)，氟進(jìn)入到土壤中的方式不同，氟在各種環(huán)境中的存在形式不同，這些存在形式在土壤中都可能存在。所以，氟在土壤中的存在形態(tài)比較復(fù)雜，在不同類型的土壤中，氟的存在形態(tài)、含量及遷移情況各不相同。

氟在土壤中有兩種主要的遷移類型：一種是氟在同一種介質(zhì)中的遷移，從這個(gè)介質(zhì)中的一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，另一種是氟元素從一種介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)到另一種不同的介質(zhì)中[3]。一般情況下，在氟的遷移過程中，同時(shí)發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化兩種反應(yīng)，就是伴隨著氟由一種氟化物轉(zhuǎn)化為另一種氟化物，其遷移和轉(zhuǎn)化的能力受土壤pH值，土壤中化學(xué)物質(zhì)，遷移方向，及土壤吸附能力等因素的影響[4]。已有研究表明，在酸性條件下，氟的活性較小，氟離子不易遷移到地下水中[5]。如果土壤中鹽度較高，因長(zhǎng)期蒸發(fā)，土壤的鹽度上升，會(huì)使地下水中氟含量增加，劉金華等采用土柱淋洗法，施硫酸鋁于蘇打鹽堿土上，淋洗液pH值明顯降低，并且隨著鋁相對(duì)含量和淋洗次數(shù)的增加，淋洗液的pH值逐漸降低，氟在土體中的遷移過程中，硫酸鋁起抑制作用，并且能降低氟在土壤中的總淋失量，也可以減少土體中的氟進(jìn)入到地下水中[6]。

在河流域水土、盆地、水稻土、礦砂、全氟化合物生產(chǎn)工廠附近不同類型土壤中氟的分布情況不同：

在河流域水土中，從山前洪積礫質(zhì)傾斜平原到?jīng)_洪積平原，氟質(zhì)量濃度的遷移分布明顯具有溶濾-強(qiáng)烈蒸發(fā)濃縮、淋溶-徑流、徑流-淋溶蒸發(fā)三個(gè)水文地球化學(xué)分帶，山前傾斜平原中氟的含量相對(duì)于沖洪積平原較低，氟的含量在砂層中相對(duì)較小，在細(xì)粒粘土粉土中氟相對(duì)較大，而在洪積扇中相對(duì)較低；無論是哪一種巖性結(jié)構(gòu)，氟質(zhì)量濃度在地下潛水位附近相對(duì)較高[7]。

在一些氟污染的盆地地區(qū)，氟離子化學(xué)性質(zhì)活潑，不同質(zhì)地的土壤在不同污染物濃度條件下，氟離子在土壤中遷移情況也各不相同，氟離子在向下遷移的過程中，吸附作用的影響較大，垂向遷移距離比較短，因此氟離子很難通過直接垂向運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)入到淺層地下水中[8]。

在水稻土中，由于常年水稻生長(zhǎng)，施用化肥，土壤肥沃，土壤母質(zhì)決定土壤的全氟含量，不同母質(zhì)的土壤中，全氟含量最高的是河相沉積物發(fā)育的水稻土[9]。

然而在砂礦中，由于砂礦物成分中正長(zhǎng)石和鐵綠泥石等粘土礦物含量較高，這些礦物容易吸附氟，所以尾礦庫淋濾液中氟垂向遷移的土柱淋濾試驗(yàn)過程中，解吸-吸附作用是主要影響因素，上部尾礦砂中主要是解吸作用，下部尾礦砂中主要是吸附作用，深度越深，氟含量越高，說明了尾礦砂的礦物成分和黏粒含量對(duì)氟的遷移起決定性作用[10]。

在全氟化合物生產(chǎn)工廠附近的土壤中，氟的濃度在垂直方向自下到上逐漸增加，短鏈的全氟化合物的遷移能力比較強(qiáng)，在影響全氟化合物在土壤中的遷移因素中，總有機(jī)碳比pH的作用強(qiáng)[11]。

另外，針對(duì)不同類型的土壤，氟的遷移情況也各不相同。張紅梅、速寶玉在室內(nèi)采用垂直土柱易混置換實(shí)驗(yàn)，研究氟化物遷移轉(zhuǎn)化的機(jī)理。對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用擬合穿透曲線法求溶質(zhì)運(yùn)移參數(shù)，得出氟在土中以擴(kuò)散、對(duì)流和水動(dòng)力彌散三種方式運(yùn)移。此外，還受物理的、化學(xué)的固定、吸附作用及自身穩(wěn)定性等因素的影響。通過改變中粗砂與高嶺土的比例來形成對(duì)比，發(fā)現(xiàn)土壤中的黏粒含量越高，彌散強(qiáng)度越大，對(duì)氟的吸附性也越大，還發(fā)現(xiàn)鈉離子對(duì)氟離子的解吸和遷移有明顯的輔助作用[12]。萬紅友等采用室內(nèi)試驗(yàn)方法研究了紫色土、石灰土、黃壤、紅壤這四種土壤對(duì)氟的吸附的特性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)初始濃度較高時(shí)，氟的吸附量也明顯較高，解吸量、凈吸附量也較高，由小到小大的順序：黃壤、紅壤、紫色土、石灰土，當(dāng)氟加入濃度增大，土壤吸附氟后的平衡溶液pH值也變大，此外，土壤中氧化物是氟的重要吸附劑，對(duì)土壤吸附有重要貢獻(xiàn)。

文章主要針對(duì)氟在土壤中的吸附遷移規(guī)律進(jìn)行了探討，介紹了氟在不同地區(qū)、不同質(zhì)地的土壤中的情況。在不同地區(qū)、不同質(zhì)地的土壤中，氟的分布情況、遷移規(guī)律各不相同，不僅受溫度、時(shí)間、土壤顆粒大小、土壤性質(zhì)等因素的影響，污染物濃度、酸堿性、土壤中的某些礦物的特殊性質(zhì)對(duì)氟的遷移也有顯著作用。

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