Cr(Ⅵ)在碱性土壤中的吸附解吸规律的研究

为进一步研究Cr(Ⅵ)在碱性土壤中的吸附解吸规律,选用武汉东西湖区蔬菜基地的土壤进行土柱的吸附解吸动态试验。通过试验发现,通入溶液的流速越快,穿透时间以及达到吸附饱和的时间就越早,而初始溶液浓度的增加也会适当缩短整个吸附饱和的过程。吸附率随流速的下降而增加,在相同初始浓度的条件下,较低的流速具备更高的吸附效率。而初始浓度及流速对解吸过程的影响并不明显,Cr(Ⅵ)在碱性土壤解吸过程中伴有明显的拖尾现象。吸附穿透曲线均可以利用Thomas模型和Yoon-Nelson模型来进行计算分析,利用Thomas模型求得饱和吸附量q0以及吸附速率常数kth;利用Yoon-Nelson模型得到流出液浓度达到初始浓度50%的时间τ,从而对Cr(Ⅵ)在该碱性土壤中的吸附过程进行预测分析,为减少土壤重金属污染提供理论参考。     

炭化水竹对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能及热力学研究

以炭化处理后的水竹为吸附剂,研究了竹炭对重金属Cr(Ⅵ)的吸附性能,分别考察了溶液的pH、竹炭用量、溶液初始浓度和接触时间等因素对吸附过程的影响,探究了竹炭对Cr(Ⅵ)的吸附热力学机理。结果表明:当反应体系pH值为2、竹炭投加量0.6g、初始浓度135mg/L、反应温度25℃、吸附时间150min时,处理吸附量可达14.2mg/g,水竹炭最大饱和吸附值为14.6mg/g。用Langmuir和Freundlich模型对吸附等温线进行拟合,发现Langmuir模型能更好地反映竹炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程特征。     

土壤中Cr(Ⅵ)的地表径流迁移试验研究

为了探讨农田土壤中重金属的地表径流污染,以含有吸附性溶质重铬酸钾Cr(Ⅵ)的土壤为试验材料,开展了室内模拟降雨试验,以研究土壤中Cr(Ⅵ)的地表径流迁移规律.通过对比分析不同试验条件下地表径流中溶解性溶质Cr(Ⅵ)的质量浓度变化过程,及其在地表径流和地下排水溶液中流失的质量速率过程后发现,溶解性溶质Cr(Ⅵ)流失到地表径流溶液中的质量浓度随时间以乘幂函数形式减小.当试验中地下排水条件越差、土壤初始体积含水率越大、地表最大积水深度越浅时,土壤溶质流失到地表径流中的溶解性Cr(Ⅵ)质量浓度越高,相应的土壤溶质流失到地表径流中的质量速率越大.当试验中同时有地下排水和地表径流产生时,土壤中溶解性Cr(Ⅵ)流失到地下排水中的质量速率远远大于地表径流,表明土壤中溶解性Cr(Ⅵ)大部分流失在地下排水中.     

再生水灌溉条件下土壤Cd的运移及模拟研究

通过土柱模拟试验,分析了再生水灌溉条件下土壤Cd的运移规律。结果表明,pH值为7时,Freundlich等温吸附方程拟合效果较好并获得土壤运移参数Kf、β;在室内土柱穿透试验的确定系数(0.992)以及水动力弥散系数D的基础上,使用HYDRUS-1D软件TSM模型拟合Cd穿透曲线,获得土壤运移参数f、a;基于TSM模型,再生水灌溉100、300、500a时,累积质量浓度为0.742、1.419、1.783mg/kg。长期灌溉条件下,Cd质量浓度高于中国土壤环境质量标准最高容许量,再生水灌溉风险较高。     

KCl溶液对土壤入渗及氯离子运移特性影响研究

为了研究不同质量浓度KCl溶液对土壤入渗及溶质运移特性的影响,将KCl溶液质量浓度分别设置为0、2、3、4、5、8和10g/L,基于一维土柱入渗试验,采用CXTFIT模型对Cl-运移特性进行拟合。结果表明,累积入渗量、湿润锋推进速度、入渗率、土壤的导水能力均随着KCl溶液质量浓度的增加而增加。Kostiakov模型、Philip模型对KCl溶液入渗具有良好的适应性,相同历时下的累积入渗量与湿润锋推进距离存在良好的线性关系(R2=0.912 9)。此外,CXTFIT模型能够较好的反应不同质量浓度KCl溶液下的Cl-的运移过程且质量浓度高的KCl溶液在土壤中的对流弥散速度大于质量浓度低的。     

非饱和土壤优先流运动特性的染色示踪研究

由于日益增长的环境问题,作为节水灌溉的基础——土壤中优先流的运动特性越来越受到关注。利用亮蓝对初始含水量不同的2组土壤中的非均匀流动进行了示踪研究。通过染色示踪试验采集土壤表平面的溶质迁移动态图像,结合图像分析讨论2种不同初始含水量土壤表平面溶质运移的变异过程。结果表明:2种初始含水量土壤中土样表面的溶质运移分布都不均匀;不同初始含水量土壤中土样表面溶质运移的动态过程不同;随着入渗时间与入渗水量的增大,2种初始含水量土壤中土样表面的分维数呈现非线性增长,染色剂的分布面积非线性扩大,但扩大程度非线性减小。     

基于遗传算法的非饱和溶质运移参数优化

根据室内实验和数值模拟数据,分别以土壤含水率和溶质质量浓度的实测值与其计算值标准差最小为优化目标,建立溶质和水分运移参数识别的多目标优化模型,采用遗传算法、有限差分法和线性加权法相结合的计算方法,对模型进行优化求解。分别以单组、2组和3组时刻实验数据组合作为参数优化初始数据,获取了土壤非饱和水分和溶质运移参数值,并以1 345 min时刻实验数据进行验证。含水率计算值与实测值相关系数的最大值和最小值分别为0.975 3和0.945 0;溴离子溶液质量浓度的计算值与实测值相关系数最大值和最小值分别为0.964 6和0.935 2,实测值与计算值吻合较好,表明用这一方法识别非饱和水分-溶质运移参数是可行的。     

钠盐离子对黏性红壤水力特征的影响及其模拟

通过一维水平土柱入渗模拟试验,研究了不同质量浓度钠盐溶液下红壤水分运移特征,并确定了水力参数。结果表明,Kostiakov模型可以很好地描述累积入渗量与时间的关系,且累积入渗量与钠盐质量浓度负相关;湿润锋与时间呈良好幂函数关系,湿润锋推进速度随钠盐质量浓度的增加而减慢,土柱中含水率和土壤扩散度有减小趋势;黏性红壤土水入渗特征在钠盐质量浓度5~10g/L之间存在拐点。     

六价铬在土壤中吸持和迁移的试验研究

运用批平衡试验和土柱试验,研究了六价铬在土壤中的吸持反应,并进行了动力学模型拟合和吸持等温线平衡模型研究。试验共设3种土壤、6个浓度和2个温度,同时运用6个动力学模型和4个平衡模型进行了拟合。结果表明,由于六价铬的阴离子特性,六价铬在土壤中的物理化学特性非常复杂,而且不易于被土壤所吸持,吸持量较小,吸持效果不稳定。大部分动力学模型和全部平衡模型拟合效果较好。通过土柱试验研究了六价铬在土壤中运移的非平衡运移规律,应用HYDRUS-1D模型进行拟合,结果准确、可靠。     

沼液中硝态氮在非饱和均质土壤中的吸附特征试验研究

为了探求合理的沼液灌溉浓度和灌溉量,避免沼液中硝态氮对地下水的污染,文章在室内恒温条件下进行了非饱和均质土柱对沼液中硝态氮的吸附研究试验,并应用对流弥散溶质运移模型和CXTFIT2.0软件对吸附曲线进行了拟合分析。结果表明:除土壤容重为1.35 g·cm~(-3),沼液浓度为1∶1,入渗水头为4 cm的处理外,其他各处理达到吸附平衡时渗出液中硝态氮含量均小于国家标准值(10 mg·L~(-1));随土壤容重的增加,渗出液初始出流时间、土体对沼液中硝态氮吸附达到平衡所需时间及相应沼液入渗量均逐渐增加,且达到吸附平衡时渗出液中硝态氮含量呈1.35 g·cm~(-3)组1.30 g·cm~(-3)组1.25 g·cm~(-3)组的趋势变化;随沼液浓度的增加,吸附曲线逐渐向下、向右偏移,被截获在土柱中的硝态氮含量也随之增加,而渗出液相对浓度(C/C0)、平均孔隙水流速(V)及水动力弥散度(D)逐渐减小;不同入渗水头条件下,2 cm水头的平均孔隙水流速(V)及水动力弥散度(D)均小于4cm水头;不同土壤容重条件下,平均孔隙水流速(V)呈1.35 g·cm~(-3)组1.30 g·cm~(-3)组1.25 g·cm~(-3)组的趋势变化,而水动力弥散度(D)呈1.35 g·cm~(-3)组1.30 g·cm~(-3)组1.25 g·cm~(-3)组的趋势变化。     

pH对土壤中三价铬吸附及影响因素分析

选取我国不同地区的4种土壤,以环境因子pH作为影响因子,采用批量平衡法针对土壤中铬的动态吸附及平衡吸附进行了研究。研究结果表明土壤中铬的吸附反应为快反应,除酸性土壤红壤在24h内铬吸附达到平衡外,其余3种碱性土壤在2h内均达到平衡。除红壤外,其余3种土壤均对铬表现出极强的吸附。土壤pH值是决定铬吸附的重要影响因子。外加溶液的pH对铬吸附的影响与土壤对酸碱的缓冲能力有关,土壤对酸的缓冲能力越强,其对铬的吸附影响越大。因此针对我国不同地区土壤pH的不同,可以通过改良其土壤pH理化性质或维持土壤的缓冲容量,降低重金属铬在土壤环境中的活性。     

玉米秸秆对土壤吸持六价铬影响的试验研究

玉米秸秆是一种有机物料,它可以促进六价铬的吸持。研究通过批平衡试验,描述了不同玉米秸秆投入量对土壤吸持六价铬的影响及其动力学过程,通过10个动力学模型进行了拟合,效果较好。另外,还描述了反应的吸附等温线和平衡模型,结果可以用Herry模型、langmuir模型、Freundlich模型和Tekmin模型进行较好模拟。结果表明,秸秆有效地促进了六价铬在土壤中的吸持,可以作为六价铬的吸附剂。该结果具有良好的环境效应和经济效应。通过土柱试验,分别研究了秸秆覆盖和混合对土壤吸持六价铬的影响,有较好的实践意义。     

强透水层上均质土壤中溶质浓度分布的解析解

从溶质输移扩散方程出发 ,针对强透水层上均质土壤的液体饱和状态 ,在顶层含有大量饱和溶质 (如养分等 )维持着渗透扩散的条件下 ,进行严密的数学推证 ,给出均质土壤中溶质浓度分布的解析解。分析了解的合理性 ,讨论了解的正确性。此解对土壤改良等类似问题具有实际应用价值 ,也具有重要理论意义     

猪场沼液/稻草腐解液模拟原位柱淋洗修复铬污染土壤效果研究

实验室模拟原位柱淋洗工艺,以猪粪源沼液、腐解稻草中溶解性有机质(DOM)提取液为淋洗剂,探究其对铬污染土壤洗脱效果,优化了淋洗速度、淋洗液用量及淋洗方式等影响洗因子,并研究了土柱中残留铬浓度纵向分布和洗脱机制.结果表明:猪粪源沼液和腐解稻草中DOM提取液均为修复铬污染土壤的高效绿色淋洗剂,其中猪粪源沼液修复效果更佳.最...     

溶质种类和浓度对棕壤土水分扩散率的影响

通过水平土柱入渗法,采用KCl、KH2PO4、(NH4)2SO43种不同溶质,配制成浓度分别为5‰、10‰、20‰、35‰、50‰的入渗溶液,对溶质种类和溶液浓度对棕壤土水分扩散率的影响进行了研究。结果表明,同一溶质,体积含水率θ<30%时,土壤水分扩散率随浓度降低而增大。入渗溶液浓度相同时,入渗溶液为KCl的土柱的土壤水分扩散率始终大于入渗溶液为KH2PO4的。对扩散率与含水率之间的关系采用多种曲线拟合的结果表明,指数函数拟合效果最佳。     

CaSO4在改良碱化土壤过程中对其理化性质的影响

通过室内土柱混合置换试验探讨了不同CaSO4浓度水平下土壤淋溶液的理化性质的变化规律。试验设置2个处理,CaSO4浓度分别为0.5 g/L和1.5 g/L。结果表明:碱化土壤经过不同浓度的CaSO4溶液淋溶,土壤的pH值、电导率和饱和水力传导度得到了不同程度的降低,同时,CaSO4溶液浓度高的淋溶效果要比浓度低的变化明显。在土壤表层,2种处理的pH分别由初始的9.71和9.26降低到8.06和8.03;电导率分别由初始的14.49ds/m和14.39 ds/m降低到0.82 ds/m和1.67 ds/m。这说明土壤的理化性质得到了改善,碱化土壤改良效果显著。     

Calculating the quality of drainage water from non-homogeneous soil profiles with an extension to an unsaturated-saturated groundwater quality model including bypass flow

Based on the mass balance equation, a pseudo-analytical solution for the chemical concentration in drainage water from a soil profile is given. The effects of linear adsorption, decomposition and plant water uptake as well as the water content and layer thickness may be specified separately for each layer. The phenomenon of bypass flow can also be taken into account. From the obtained relationship between the concentration of solute in the drainage water leaving the soil profile and the time, a coupling between the unsaturated and the saturated zone can be achieved as was described earlier. This leads to breakthrough curves of the solute leaving the combined system of unsaturated and saturated zones. Time-dependent input concentrations can easily be incorporated through the systems approach. The computer programs (written for an HP41CV pocket calculator), describing the quality of drainage water from non-homogeneous profiles and the breakthrough of a solute leaving the combined system, are given as an appendix.     

重金属污染对土壤介电特性的影响规律研究

研究重金属污染对土壤介电特性的影响规律,可为高频物探设备及地质雷达探测重金属污染以及评价提供重要的理论依据。以土壤铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)污染为例,在细砂、粉土、黏土3种土样中分别加入不同质量浓度的Cr、Cd、Pb污染液,利用介电常数仪测定不同含水率下土样的介电常数的变化特征,分析Cr、Cd、Pb污染液质量浓度、土壤含水率以及土壤颗粒粗细对介电常数的影响规律。结果表明,细砂、粉土、黏土在无污染条件下,控制介电常数变化的主导因素是土壤含水率和颗粒粒度径;在加入Cr、Cd、Pb污染液的情况下,当含水率大于15%,尤其是大于20%时,3种土样的介电常数均随重金属污染液质量浓度的增大而显著增大。土壤颗粒越细、越偏黏性,其介电常数对重金属污染质量浓度的变化越敏感。利用高频物探设备和地质雷达探测土壤重金属污染时,在黏性介质中,对Cr、Cd、Pb污染的探测效果好。     

Long-term solute dynamics and hydrology in irrigated slowly permeable soils

Summary A simple model is given, based on mass conservation of a non-transformed non-absorbed solute or ion (such as the chloride ion), which allows long term trends in the concentration of this solute to be predicted. The method involves solution of an implicit equation for the long term through-drainage flux below the maximum depth of sampling. A knowledge of the initial chloride ion concentration in the soil depth of interest, and its value after a known application via irrigation water provides sufficient information for the model to be applied. The model is applied to data from an irrigated slowly permeable swelling clay soil. A drainage flux of 8 cm yr^–1 beneath paddy rice was inferred, and some twenty-five years after commencement of irrigation an equilibrium soil salinity of 22 meq/l at saturation was predicted.