砷、镉复合重金属污染土土-水特性及微观机制研究

为探究重金属砷(As)污染土、镉(Cd)污染土及二者复合污染土的土-水特性及微观机制,利用离心机法研究了污染土土-水特征曲线变化规律,通过Zeta电位、核磁共振试验(NMR)以及扫描电子显微镜(SEM)等微观表征手段,得到了污染土微观特征变化规律。试验结果表明:As污染土、Cd污染土以及复合污染土微观特征与宏观土-水特性存在关联联系,即土颗粒扩散双电层厚度越薄,土壤持水能力减弱、Zeta电位绝对值越低、大团聚体对应的大孔隙越多、基质吸力进气值越小,反之则相反。污染土种类、浓度影响土壤-重金属相互作用行为,导致污染土微观特征及土-水特性变化。As污染土浓度增大,主导作用由钠离子静电吸附作用逐渐转变为砷酸根专性吸附作用,扩散双电层厚度先减小后增大;Cd污染土浓度增大,主导作用由碳酸镉晶体沉淀作用转变为镉离子静电作用,二者均压缩双电层但前者压缩效果更显著;复合污染土中主导作用为镉离子静电作用及砷酸根离子专性吸附作用,二者对扩散双电层厚度影响相反。

砷、镉复合污染土击实特性及微观结构试验研究

重金属污染土不仅破坏环境健康,同时威胁岩土工程安全。通过控制变量法对砷(As)、镉(Cd)单一污染土和复合污染土的土壤化学、土体微观结构和击实特性对比分析,研究了不同重金属污染源、不同重金属浓度对污染土的击实特性影响规律及作用机制。结果表明:单一污染土中,As使土壤扩散双电层变厚,土颗粒呈絮凝状,小孔隙增加,小颗粒含量先增后减,最优含水率升高5.90%,最大干密度降低1.02%;Cd的作用效应截然相反,Cd压缩土壤扩散双电层,土体呈堆积状,小孔隙减少,小颗粒含量减少,最优含水率降低8.03%,最大干密度增加1.00%。Cd对土体击实特性影响大于As。复合污染土中,As、Cd对土体最优含水率的影响呈协同作用,而对最大干密度无明显相互作用关系。污染土宏微观联系桥梁可以通过分形维数与最大干密度建立,二者拟合结果为二次函数关系。研究成果可为重金属污染土环境与工程灾害防控提供关键参数和理论支撑。