Путилина, В. С. Адсорбция тяжелых металлов почвами и горными породами. Характеристики сорбента, условия, параметры и механизмы адсорбции = Heavy metals adsorption by soils and rocks : аналит. обзор / В. С. Путилина, И. В. Галицкая, Т. И. Юганова ; Учреждение Рос. акад. наук Гос. публич. науч.-техн. б-ка Сиб. отд-ния РАН, Учреждение Рос. акад. наук Ин-т геоэкологии им. Е. М. Сергеева РАН. – Новосибирск : ГПНТБ СО РАН, 2009. – 155 с. – (Сер. Экология. Вып. 90).

 

 

Данная работа – первый в России аналитический обзор, посвященный изучению поведения металлов в системе вода-порода. Рассматриваются механизмы и условия поглощения металлов (Cd, Zn, Cu, Pb, Ni, Co, Cr, As, Hg, Se, Ag), их десорбция и миграция с инфильтрующимися атмосферными осадками, что создает опасность загрязнения подземных вод. Изучены состав и характеристика твердой фазы природных сорбентов (почвенных и минеральных) в системе вода-порода, сорбционная способность различных гранулометрических фракций, литологические свойства почв и пород. Представлены корреляции параметров адсорбции с указанными свойствами природных сорбентов и относительная подвижность металлов.

Значительное влияние на сорбцию металлов оказывает состав жидкой фазы: pH, ионная сила, природа катионов и анионов. Представлены коэффициенты распределения металлов, уравнения регрессии и коэффициенты корреляции при адсорбции в различных условиях. Особое внимание обращено на растворенное органическое вещество в местах складирования отходов и его влияние на подвижность металлов.

Предлагаемый аналитический обзор существенно пополняет знания о закономерностях сорбции (десорбции) тяжелых металлов в различных условиях и о факторах, влияющих на величину сорбционных (десорбционных) параметров. Представленная информация будет полезна для выявления условий адсорбции металлов при обосновании выбора параметров моделирования их поведения в различных условиях в подземной гидросфере и сопредельных средах.

Обзор рассчитан на специалистов, занимающихся изучением загрязнения зоны аэрации и подземных вод тяжелыми металлами.

При составлении обзора использовано 245 работ отечественных (30) и зарубежных (215) авторов за последние 40 лет, представлены 64 таблицы и 21 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие........................................................................................................ 3

Введение............................................................................................................... 4

1. Термины и обозначения.................................................................................. 6

1.1. Принятые обозначения........................................................................... 6

1.2. Классификация изотерм адсорбции....................................................... 9

1.3. Уравнения адсорбции........................................................................... 10

2. Характеристика сорбентов........................................................................... 12

2.1. Поглощающая поверхность твердой фазы......................................... 12

2.2.Типы сорбентов и их сорбционная способность.................................. 14

2.3. Сорбционная способность различных гранулометрических
фракций................................................................................................. 16

2.4. Свойства сорбента и сравнительная подвижность металлов............. 23

3. Механизмы поглощения металлов почвами
и породами..................................................................................................... 27

3.1. Поведение металлов в системе «раствор – сорбент».......................... 28

3.2. Ионный обмен и осаждение................................................................... 31

3.3. Специфическая адсорбция.................................................................... 36

4. Конкурентная адсорбция.............................................................................. 40

4.1. Влияние конкуренции на сорбируемость металлов........................... 40

4.2. Сравнение параметров сорбции отдельных металлов
и конкурентной сорбции...................................................................... 44

4.3. Статистический анализ конкуренции металлов................................... 47

5. Роль органического вещества в сорбции металлов.................................... 51

5.1. Гумусовые вещества............................................................................. 52

5.1.1. Состав и структура гумусовых соединений............................... 52

5.1.2. Взаимодействие металлов с растворенными формами
гумусовых соединений................................................................. 53

5.1.3. Адсорбция гумусовых соединений в почве. Образование
минералорганических комплексов.............................................. 58

5.1.4. Коллоидная фаза гумусового вещества...................................... 62

5.1.5. Твердая фаза гумусового вещества............................................ 65

5.2. Другие органические соединения в системе «вода – природный
сорбент»................................................................................................ 67

5.2.1. Природное растворенное органическое вещество..................... 67

5.2.2. Синтетические органические вещества........................................ 68

5.2.3. Органическое вещество фильтратов свалок, сточных вод
и компостов................................................................................... 69

5.3. Поведение тяжелых металлов в почвах и породах с высоким
содержанием органического вещества................................................ 71

5.3.1. Влияние растворенного органического вещества фильтрата
свалок............................................................................................ 71

5.3.2. Влияние обработки почв осадком сточных вод.......................... 75

5.3.3. Влияние растворенного органического вещества
пойменных почв, загрязненных промышленными отходами..... 77

6. Влияние pH на поведение металлов в почвах
и породах........................................................................................................ 82

6.1. pH и адсорбция гидролизованных форм металлов............................ 82

6.2. pH раствора и адсорбция соединений металлов оксидами................ 83

6.3. pH раствора и конкуренция ионов металлов..................................... 90

6.4. pH фильтрата свалок и миграция металлов........................................ 91

6.5. Совместное влияние pH и органического вещества на поведение
металлов................................................................................................ 92

6.6. Зависимость растворимости металлов в почвенном растворе
от уровня загрязнения почв и pH...................................................... 94

7. Влияние ионной силы и состава раствора
на сорбцию металлов.................................................................................... 99

7.1. Ионная сила и природа катионов исходного раствора..................... 100

7.2. Ионная сила и природа анионов исходного раствора...................... 101

8. Особенности сорбции металлов в известковых
почвах........................................................................................................... 106

9. Корреляции свойств сорбента и параметров
сорбции металла.......................................................................................... 112

10. Влияние нагрузки металла на его сорбцию............................................. 117

11. Миграция тяжелых металлов
c инфильтрующимися водами................................................................. 121

Заключение....................................................................................................... 132

Литература....................................................................................................... 138

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ.......................................................................... 153