土壤中重金属元素的迁移转化ppt课件.ppt
《土壤中重金属元素的迁移转化ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《土壤中重金属元素的迁移转化ppt课件.ppt(61页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第三节 重金属对土壤的污染,土壤无机污染物中以重金属比较突出。原因在于重金属不能为土壤微生物所分解,而易于在土壤中积累,甚至在土壤中可能转化为毒性更大的甲基化合物。有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积,严重危害人体健康。,一、土壤中重金属元素的来源二、土壤中重金属元素的背景值三、土壤中重金属元素的迁移转化,1、微量重金属元素主要来自于原生岩石,正常发育的土壤中也会含有一定数量的重金属。2、重金属的土壤污染源多数出自于人们的生产和生活活动。人类大规模的地球化学活动矿物加工,部分产物或尾矿进入到土壤中;施用化肥,农药等,一、土壤中重金属元素的来源,二、土壤中重金属元素的背景值,环境背景值是指环境中
2、诸因素,如大气、水体、土壤以及植物、动物和人体组织等在正常情况下,化学元素的含量及其赋存形态。土壤环境中重金属元素背景值是指一定区域内自然状态下未受人为污染影响的土壤中重金属元素的正常含量。土壤环境背景值的测定和研究是环境科学中的一项基础工作,它能为土壤环境质量评价、污染趋势预测、重金属在土壤中的迁移转化规律的研究提供科学依据。,研究土壤背景值,首先要确定各种代表性土壤和母质中重金属元素的自然含量。已受人为污染的土壤中某种重金属元素的含量和其自然含量相比较,就可以获得该种元素是否因人为作用而在土壤中积累或积累量高低的基本概念。,土壤环境中重金属元素背景值检验方法主要有:(一)平均值加标准差法平
3、均值加标准差的方法,即在一定区域内的土壤中用重金属元素自然含量的平均值加二倍或三倍标准差的方法,以确定土壤是否受到重金属污染的标准。对大于平均值加二倍或三倍标准差的样品视为可疑污染值,应予以剔除。其表达式:,(一)平均值加标准差法(1)将样本排序:x1x2xixn(n3)(2)求平均值。表达式:(3)求标准差。表达式:式中:x1,x2,xi,xn代表土壤样品中某元素的含量,n为样品数;s为标准差。ts由置信水平决定,一般选择ts等于2或3,分别对应于95和99.7的置信水平。若有多个可疑值,可重复上述过程。,(二)差异检验法用表、底土层间的化学元素含量的差异显著性去判别。其方法是选出表层土样平
4、均含量高于底土层样平均含量的元素作为检验对象,如表土含量大于底土含量的频率大于12时,可用下式求出大值:n1、n2分别为表、底土样品数;S1、S2分别为表、底土元素的标准差,标准差(S)的求法:Ci为某污染物的实测浓度。,(二)差异检验法也可用Fisher对比法进行t检验:n为样品数;Sd为表、底土元素浓度差之标准差,d为表、底土某元素浓度差。上述二式中的显著性水平P大于0.1时,差异无显著性,表示处于背景水平;差异显著则表示该土壤表土可能或已被污染,应予以剔除。该法适宜于区域性的土壤检验。具体土壤则需做表层土壤与底土层土壤某一元素的比值,如比值显著大于1者,则认为有污染.,(三)富集系数法利
5、用含量较高的抗风化物质TiO2或Al2O3作为指示矿物,用下式计算某一元素的富集系数:富集系数大于1,表示该元素对土壤有污染,应予剔除(建议富集系数小于1.5为未污染土壤)。富集系数应明确指出为表层,因为同一母质上发育的土壤,在自然成土过程中,土壤中某元素有可能向下淋溶、淀积。做该检验时还应注意,同一剖面不同层次的土壤应发育于同一母质上,才能按此法计算,否则应作钛、锆比,以确定剖面是否为同一母质发育的土壤。,(四)元素相关分析法 根据发育在同一母质上的样品、元素之间存在着一定相关性。该法关键是要找出一个能代表自然含量水平(即未受污染)而又与其他元素具有一定相关的某化学元素做依据。然后通过计算求
6、出相关系数。相关性好的,再求出线性回归方程,并对回归方程建立95的置信带(区)。处于置信带内的样点,可认为是背景含量,落在置信带外的,则认为含量不正常,有可能为污染造成。,如表所示,各重金属元素在土壤中的浓度具有显著差别,在不超出表列浓度范围情况下,这些重金属元素还不致于造成环境危害。,进入土壤的重金属在日后的走向有多个方面:吸附在土壤中,分为溶解和不溶两种状态;被植物或其他生物吸收;进入排水,随之离开土体;因挥发进入大气。,(一)重金属元素在土壤中的污染特征,三、土壤中重金属元素的迁移转化,1.重金属在土壤环境中的分布特征 重金属是构成地壳的元素,在土壤环境中分布广泛。重金属在土壤环境中存在
7、背景值。而且由于成土母岩、母质、成土过程等因素的差异、重金属元素在土壤环境中的背景值存在着空间分异的特征。,2 重金属污染源采矿和冶炼是向环境中释放重金属的最主要污染源。煤和石油的燃烧也是重金属的主要释放源。,3重金属污染的化学特性(1)过渡元素有可变价态,能在一定的幅度内发生氧化还原反应。但是,重金属的价态不同,其活性和毒性是不同的。(2)重金属在环境中易发生水解反应生成氢氧化物,也可以与一些无机酸反应生成硫化物、碳酸盐、磷酸盐等,这些化合物的溶度积都比较小,易生成沉淀物,在土壤中不易迁移,且积累于土壤中。(3)重金属作为中心离子能够接受多种阴离子和简单分子的独对电子,生成配位络合物;还可以
8、与一些大分子有机物如腐殖质、蛋白质等生成螯合物。难溶性的重金属盐形成络合物、螯合物以后,其在水中的溶解度可能增大,并在土壤环境中迁移。,4重金属污染的生态效应特征(1)一般重金属对生物体产生毒性的浓度范围有的较大,而有的则很小。(2)不同类型的重金属对作物产生的危害情况有所不同。(3)微生物不仅不能降解重金属,相反地,某些重金属可在土壤微生物作用下转化为金属有机化合物(如甲基汞等),产生更大的毒性。(4)同种重金属,由于在土壤中存在的形态不同,其迁移转化特点和污染性质、危害程度也不相同。(5)植物从土壤中摄取重金属,可经过食物链进入人体,并在人体内成千百倍地富集起来。(6)重金属对土壤微生物也
9、有一定毒性,而且对土壤酶活性有抑制作用。,(二)土壤条件与重金属的迁移转化1 氧化还原条件与重金属的迁移转化,土壤的这一体系是一个由众多无机和有机的单项氧化还原体系组成的复杂体系。无机体系:氧、铁、硫、氢体系,由决定电位体系控制,其中O2H2O体系和硫体系作用明显,对重金属元素价态变化起重要作用。,(1)O2H2O体系:(2)H2体系:旱地土壤中少见,淹水状态下、还原强烈的土层中,有H2积累 以上两体系为土壤氧化还原体系的两个极端,土壤中其他体系介于二者之间。所以这两个体系构成土壤氧化-还原体系上限和下限。,(3)硫体系土壤中的硫以无机和有机两种形态存在。在氧化条件下以硫酸盐形式存在;还原条件
10、下以硫化氢或金属硫化物形式存在。,重金属元素按其性质分为氧化难溶性(氧化固定元素Fe、Mn等,和还原难溶性(还原固定)元素Cd、Cu、Zn、Cr等(Cd、Zn、Cu、Pb、Ni等生成难溶性化物沉淀)。另外,氧化还原条件的改变,还原使重金属的毒性发生变化,如 氧化条件下成为,其毒性大于;As在还原条件下生成亚砷酸,毒性大于砷酸。,2 土壤酸碱度与重金属的迁移转化pH值对重金属元素的溶解度有密切的关系,研究表明,随着土壤pH值的升高,重金属元素的溶出率会迅速降低。碱性条件:重金属元素呈难溶态的氢氧化物沉淀或以碳酸盐,磷酸盐形态存在。金属氢氧化物的溶解度(s)直接受到土壤pH值控制,其平衡反应式及溶
11、度积(Ksp)如下(以铜为例):,据此推求重金属离子浓度与pH的关系:,上式可见,一般情况下,pH越高,重金属离子的浓度则下降,则易形成沉淀物从土壤溶液中析出(沉积),也就是说,pH值从中性升高到碱性,会降低Cu、Zn、Cd、Mn、Fe等的溶解度,重金属则难以被作物吸收,作物受污染的可能性会减轻。反之亦然。,3 土壤胶体的吸附作用与重金属的迁移转化土壤中无机和有机胶体对重金属元素有明显的固定作用。一般重金属呈两种形态。(1)重金属元素在土壤溶液中呈胶体状态(湿润地区、富含有机质的酸性条件)。Fe、Mn、Cr、As等,Cu、Pb、Zn。(2)土壤中有机、无机胶体的吸附,是重金属沉淀(转入固相)污
12、染累积的重要原因。,土壤胶体吸附重金属的数量,取决于土壤胶体的代换能力和重金属离子在土壤溶液中的浓度和酸碱度。这种作用的发生与土壤胶体微粒所带电荷有关,带电荷的符号、数量不同,对重金属离子吸附的种类和吸附交换容量也不同。粘土矿物带负电荷,可吸附阳离子,如蒙脱石吸附顺序为:而高岭石 腐殖质胶体:带正电荷的水合氧化铁胶体,可吸附。,在胶体对金属离子吸附时,分为两种方式:同晶替换的,保持在胶体晶格中很难释放,不利于金属元素的迁移。阳离子交换作用,吸附在胶体表面的交换点(扩散层)上,易释放。,4 土壤中重金属的络合螯合作用金属离子的浓度较低时,以络合螯合作用为主。金属离子浓度高时,以吸附交换作用为主。
13、在无机配位体中,重视羟基(OH-)和氯离子(Cl-)的络合作用。络合作用可以改变(主要可提高)重金属氢氧化物的溶解度,尤其是对 的水解作用。提高其溶解度,使之易迁移。腐殖质有较强的螯合能力,可与重金属形成螯合物,其稳定性受金属离子性质的影响。顺序为:PbCuNiCoZnMgBaCaHgCd,(三)主要重金属在土壤中的迁移转化1 镉 长时间滞留在耕作层,一般不对地下水产生污染。存在形态:水溶性和非水溶性镉,可互相转化。水溶性:CdCl2、Cd(NO2)2、CdCO3、Cd(OH)2,易迁移,为植物吸收;非水溶性:Cd的沉淀物,胶体吸收态镉,不易迁移和为植物吸收。旱地土壤中,多以水溶性Cd形态存在
14、,其中 CdCO3 为主,尤其pH7的碱性土壤。水田中,水下形成还原条件,有机物不能完全分解而产生H2S,因此,镉多以难溶性CdS的形式存在于土壤中。,作物对Cd的吸收,随土壤pH值增高而降低,Eh也影响作物对镉的吸收,Eh低或Eh=0时,有利于形成难溶的硫化镉,当水田落干时,CdS会氧化成CdSO4,或CdS通过以下方式参与氧化还原反应,增加水溶性。另一方面,氧化为硫酸,使pH降低,CdS溶解度增加。,2 汞的迁移转化存在形态:离子吸附、共价吸附的汞;可溶性汞(HgCl2);难溶性汞(HgHPO4、HgCO3)影响Hg迁移转化的因素:(1)吸附剂的种类:腐殖质胶体和无机胶体。进入土壤的汞由于
15、吸附等作用使绝大部分汞积累在耕层土壤,不易向深层迁移,一般不会通过土壤污染地下水。粘土矿物对HgCl2的吸附力:伊利石蒙脱石高岭石。对醋酸汞的吸附顺序:蒙脱石水铝英石高岭石。pH值等于7时,无机胶体对汞的吸附量最大;而有机胶体在pH值较低时,就能达到最大的吸附量。非离子态汞也可被胶体吸附。此外,当土壤溶液中有 存在时,可以显著减弱对 的吸附,(2)氧化还原状况无机汞之间相互转化反应如下:A氧化反应,B还原反应,该反应为氧化环境,在抗汞细菌的参与下也能进行这种反应。C土壤溶液中若存在一定量的,就可能生成HgS,HgS在嫌气条件下是稳定的,但溶液中有大量的 存在时,则会生成一种可溶性的 存在于溶液
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 土壤 重金属 元素 迁移 转化 ppt 课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3167450.html