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