淋溶條件下95zr吸附對土壤理化性質的影響

淋溶條件下95zr吸附對土壤理化性質的影響

95zr是核電站沉積的主要產物之一，是壓水壩核電站的主要輻射流出物。土壤是環(huán)境鏈中最基本的一個環(huán)。當然，我們是環(huán)境中核污染物行為的重要研究對象。關于核污染（如89sr、134ms等）在土壤中的行為特征的研究很少。95zr的研究報告主要集中在對核事件發(fā)生后的環(huán)境和評價方面。根據(jù)中國國情，本文選擇了秦山核站附近地區(qū)的三種土壤：小粉土、紅平壤（植物生態(tài)系最初的環(huán)）和海泥（海洋生態(tài)系最基本的環(huán)節(jié)之一）作為試驗土壤。采用土柱法研究了95zr在土壤中的垂直移動、土壤水處理水系統(tǒng)中的消長、土壤鹽分的分配對95zr在海泥中的影響，為進一步探索95zr在農業(yè)生態(tài)環(huán)境和海上生態(tài)系統(tǒng)中的行為規(guī)律提供了基礎數(shù)據(jù)，并為制定安全標準和污染管理提供了科學依據(jù)。1材料和方法1.1土壤理化參數(shù)選用浙江省有代表性的3種土壤:小粉土(取自浙江杭州華家池)、紅黃壤(取自浙江秦山)、海泥(取自浙江寧波象山港).土壤經(jīng)風干、粉碎后30目過篩.土壤的主要理化參數(shù)見表1.1.2氫氟酸比活度的測定95ZrO2由中國原子能科學研究院同位素所提供,為粉末狀固體,放射性比活度為2.284×108Bq/g(2000-06-20),放化純度大于95%,使用前用氫氟酸將其轉化為1.233×107Bq/ml的95ZrF4溶液,實驗時再稀釋到合適的比活度.1.3細沙的制備淋溶裝置如圖1所示,淋溶柱由0.5mm厚的透明塑料制成,上端圓柱尺寸為?6.4cm×12cm,下端為圓錐體,錐體高度為6.5cm,在錐體底部鉆一?1.5cm的圓孔,內襯160目絹篩一層.然后裝入150g(由預備試驗確定)洗凈過篩(30目)后的細沙,沙層正好填滿圓錐體.1.4淋溶柱的淋溶速率測定在18只淋溶柱中分別裝入小粉土、紅黃壤各200g(每種土壤進行3種淋溶水量處理,每種處理3個重復),裝土后用適量蒸餾水灌水瀝濾;在另27只淋溶柱中各裝入海泥40g(由預備試驗根據(jù)淋溶速度確定),并分別用適量蒸餾水(鹽度為0)、鹽度為14‰和28‰的海水各灌水瀝濾9只(每種淋溶水進行3種淋溶水量處理,每種處理3個重復),靜置24h后,在各淋溶柱中分別加入95Zr水溶液50ml(比活度為49.35Bq/ml).在淋溶試驗期間不斷加水,以保持土芯處于淹水狀態(tài)和淋溶的連續(xù)性,總的淋溶水量分250ml、500ml和750ml3種,并分別測定各土柱的淋溶速率.1.5土柱分段操作方法淋溶水按每淋溶50ml水收取一個樣品.淋溶結束后,將淋溶柱置于室外曬干(風干)、剪開淋溶柱推出土柱、置于60℃下烘至恒重.小粉土、紅黃壤土柱沿縱向依次分割(用稱重法分割)為5個2mm段、2個5mm段、1個10mm段,剩余部分作為一段.海泥分4個2mm段,剩余部分作為一段.土柱分段操作方法如下:首先稱出整個土柱的重量W(g),量出土柱的高度H(mm),計算出每mm土柱的重量為W/H,然后用刀片沿橫斷面將土逐層刮下,收集刮下的土壤稱重,當其重量為2W/H時,則刮下的的土壤為一個2mm段.5mm、10mm段操作方法同上.1.6放射性活度的測定從收取的淋溶水中吸取10ml(每個樣品取3個重復)、切割下的土壤研碎后稱取5.0g置于測樣杯中用BH1224型微機-多道一體化能譜儀測其放射性活度,測量的標準誤差控制在5%以內,測量結果經(jīng)死時間、衰變等校正后換算成樣品的比活度.2結果與討論2.1淋溶過程特性3種土壤淋溶水中95Zr的比活度動態(tài)見表2.結果顯示淋溶水中95Zr的含量較少,3種土壤中小粉土最高,紅黃壤最低;全部淋溶水中95Zr的量占原始引入量的比率為:小粉土5.33%～7.68%,海泥0.77%～1.32%,紅黃壤幾乎為0.從動態(tài)變化看,小粉土和海泥的淋溶水中95Zr的比活度開始時呈增加趨勢,至第3次收取水樣時達最大值后又逐漸降低,紅黃壤幾乎一直為0.分析其原因,由于95Zr系由土表水引入,隨著淋溶95Zr很快被土壤吸附并隨著吸附量的增大達到飽和值,致使淋溶液水中95Zr的量增加并達到一最大值.由于95Zr系一次性引入,隨著模擬灌溉淋溶的持續(xù),土表水中95Zr的量也逐漸降低,故淋溶水中95Zr的量也呈下降趨勢.此外,3種土壤中因小粉土的吸附率最低,故淋溶水中95Zr的量最大.表明淋溶水中95Zr量的大小與土壤的吸附特性有直接的關系.隨著總的淋溶水量的增加,被淋溶下的95Zr的總量變化不明顯,表明95Zr一旦被土壤吸附,則不易被解吸.淋溶水鹽度對淋溶收集水中95Zr的量有一定的影響(見表3).2.29土壤對65zr的等溫吸附能力從表4結果可見,經(jīng)淋溶后,95Zr在土壤柱的各層均有分布,表明經(jīng)水淋溶后,95Zr有隨水流向下層遷移的趨勢.但絕大部分滯留于表層土中,經(jīng)250ml、500ml和750ml蒸餾水淋溶后,小粉土約有45.99%～50.02%的95Zr滯留于0～0.4cm土層范圍內,紅黃壤和海泥則分別為96.02%～97.16%和95.94%～98.01%.表明紅黃壤和海泥對95Zr的吸附能力較強.小粉土對95Zr的吸附能力相對較弱,因而95Zr向深層遷移較多,滯留于表層中的量相對較少.從動態(tài)變化看,隨土層深度的增加,海泥中95Zr的量下降最快,紅黃壤次之,小粉土最慢.表明海泥對95Zr的吸附能力略強于紅黃壤.土壤對95Zr的吸附能力與土壤的pH值、有機質、陽離子交換量、粘粒含量及土壤中的電荷等諸多因素有關.土壤pH值(pH值增加,吸附量增加)、土壤電荷(土壤吸附離子的多少決定于所帶電荷的數(shù)量)、有機質含量(高的有機質有利于土壤吸附離子)、CEC和土壤顆粒表面積(粘粒含量高,土壤表面積大)越大,對95Zr的吸附能力就越強,其中相當一部分因素又是相互影響的,這些因素綜合作用的結果決定了土壤對95Zr的吸附能力的強弱.紅黃壤和海泥屬粘性土壤,具有較高的CEC和土壤顆粒表面積,因而土壤電荷也較小粉土高,決定了它們對95Zr有較強的吸附能力,而小粉土的吸附能力相對較弱;海泥的pH值較紅黃壤大得多,而其他幾項理化指標又較紅黃壤小,綜合比較的結果這2種土壤的吸附能力相當,可能由于pH值的原因導致了海泥對95Zr的吸附能力略強于紅黃壤.其結論與試驗結果基本一致.淋溶水量的多少(在實驗的范圍內)對95Zr在土壤中的垂直分布的影響不明顯,表明95Zr一旦被土壤吸附,則不易被解吸.鹽度對95Zr在土壤中垂直分布影響的結果見表5,經(jīng)250ml、500ml和750ml淋溶水淋溶后,淡水(鹽度為0)淋溶的約有95.94%～98.01%的95Zr滯留在0～0.4cm范圍內,14‰和28‰2種海水淋溶的則分別為99.57%～99.87%和99.47%～99.77%.用海水淋溶的土柱中表層土(0～0.2cm)95Zr的量明顯高于用淡水淋溶的,表明淋溶水鹽度增加有助于提高土壤對95Zr的吸附能力.3淋溶過程中65zr的變化(1)淋溶水中95Zr含量的大小與土壤的吸附特性有直接關系.供試的3種土壤對95Zr均有較強的吸附能力,故淋溶水中95Zr