離子交換吸附環境化學

A. 這是關於環境化學的一句話： 求助親們解答： 就是為什麼pH下降，土壤負電荷減少，陽離子交換就降低呢

B. 土壤化學和環境化學研究進展

(一)土壤營養元素與植物營養

1840年德國李比西(J.F.Liebig)出版了《化學在農業和植物生理學上的應用》一書，提出了土壤是養分的儲存庫，無機物可以轉化為有機物，只需要使用礦質肥料，把植物吸收的礦質養分歸還土壤，就能使土壤的耗損與營養物質之間保持平衡，物質的生物循環過程可以免於土壤肥力下降。19世紀後半葉，法魯(F.A.Fellow)、李希霍芬(F.V.Richthofen)、拉曼(Ramann)等將土壤的形成過程看作是岩石礦物的風化過程和物質的地質循環過程。他們認為岩石風化的碎屑物是植物生長所需礦質養分的來源，土壤是植物養分的儲存庫；同時，土壤中的礦質養分遭到淋溶，肥力下降，最後變成岩石。

20世紀30～40年代，前蘇聯維爾拉德斯基(В.И.Вирнадский)和維諾格拉多夫(А.П.Виноградов)證實了土壤形成過程並不是與風化過程和礦物質形成過程完全等同的一種過程，而是一種綜合的生物地球化學過程。與此同時，威廉斯(В.Р.Вилbямс)首次提出了土壤統一形成過程的學說，特別強調生物在土壤形成過程中的作用，建立了土壤結構性和土壤肥沃性的新觀點。他們系統地研究了植物-土壤系統中所形成的植物有機體和無機灰分的化學組成，闡述了植物在礦質營養元素生物循環中的生物地球化學作用和土壤形成作用。以後的研究也證明，由於有機質的分解和礦化的硅、鋁、鐵化合物進入生物循環，形成次生粘土礦物，如氧化硅、碳酸鈣、水鋁英石和蒙脫石類等。

1952年波雷諾夫(Б.Б.Полынов)對風化殼的形成、類型和地球化學過程進行了深刻的論述。1954年費爾斯曼(А.Е.Ферсман)將風化和土壤形成產物的移動、分異和聚集過程的整個土圈及風化殼稱為表生作用帶。土壤水分狀況對土壤中物質的運動和土壤形成過程具有重要的影響。同時，風化和土壤形成物的側向和橫向再分配、分異作用及次生積聚過程在土壤形成過程中也具有很重要的作用。20世紀70年代以來卡瓦古齊(K.Kawaguchi)等重點研究了土壤處於氧化還原交替環境下引起物質移動和累積的情況，特別是水稻土的發生與演變，1978年在菲律賓還專門召開了國際水稻土學術會議。

土壤是營養元素進入有機體的主要環境，土壤中營養元素不足或過剩，必然影響有機體內多種生物化學過程的正常進行，不利於有機體的發育，甚至引起植物病害。如缺鋅可引起柑橘葉子出現斑點斑病，停止生長；缺銅可引起果樹枯枝。

土壤營養元素除高背景值與低背景值區對農業產品的數量與質量有重要影響外，在土壤營養元素含量屬於一般的中等水平地區，由於區域間環境條件的差異和農業產品的多樣性，不同自然條件和不同農業結構區域，往往出現某些營養元素的不足，採用增施某些營養元素的方法可獲得農作物的顯著增產及改善產品品質，因此在我國不少區域開發了硼、鉬、鋅、銅及稀土等微量元素肥料。為了合理利用微量元素肥料，必須掌握區域土壤環境背景值，以及背景值的活性，這樣才能既達到作物增產的目的，又可防止過量施用這些肥料造成土壤污染而危害有機體的後果。

土壤中某元素有效態含量C與全量A的比值，稱為該元素的活性B。B是土壤元素全量、有效態、土類、有機質、粘粒、pH值的函數。引入土壤元素背景值的活性就可在農業上使用背景值數據。已知A、B，即可求C，與有效態臨界含量相比，就可指導微量元素肥料的經濟合理施用。我們可以藉助土壤背景值含量粗略計算土壤中有效態含量范圍與供給水平，也可藉助元素活性反推土壤中元素的豐缺，判斷是缺全量或是活性低，從而採取相應的對策，既可使微肥使用合理，作物顯著增產，又可防止過量施用造成土壤污染。

(二)元素形態分析與生物有效性研究

由上可知，元素總濃度分析已不能滿足科研和生產的需要，如鉻、砷、硒是常見的多價元素，不同價態的化合物具有不同的毒性和化學活潑性。如鉻(Ⅲ)是人體的必需元素，它在細胞表面有專門受體，並能調節胰島素正常代謝，但鉻(Ⅳ)對人體有高毒性，並能致癌。

Barber(1984)用生物有效性(Bioavailability)的概念將養分區分為「潛在有效」和「實際有效」。研究元素價態工作始於20世紀70年代末，後在國內外逐漸成為重要的研究方向，主要在環境監測、冶金、食品、材料催化劑等領域開展。

元素的價態分析的最終測定方法，與以往的總量測定相同。關鍵是前處理中採用化學分離法把同一元素的不同價態進行分離。分離方法有有機溶劑萃取法、離子交換樹脂分離法和氫氧化物共沉澱法等，然後根據各元素的不同性質可用分光光度法、原子吸收光譜法、電化學分析法、氣相色譜法等測定。如俞穆清等提出了用N₂₃₅-MIBK 體系萃取鉻(Ⅳ)，TTA-乙醇-MIBK體系萃取鉻(Ⅲ)，Na(PO₃)₆-N₂₃₅-MIBK 體系萃取總鉻，再用原子吸收光譜法測定的方法。王順榮探討了在不同酸度條件下用4-硝基鄰苯二胺-甲苯分別萃取硒(Ⅳ)和硒(Ⅵ)，然後用氣相色譜法測定的方法。

近年來高精儀器的出現，新的有機試劑的合成，以及計算機在分析化學中的應用，使分析元素價態的方法日趨簡單、快速、准確，靈敏度也有了提高。一般不需用化學分離技術，在試樣中可直接連續測定同一元素的不同價態，或分別測定具有不同價態的多種元素。例如，孫群等用離子色譜法，在其他大量陰離子存在的情況下，通過把紫外/可見光檢測器和電導檢測器串聯使用可同時分離並測定環境樣品中砷(Ⅲ)、砷(Ⅴ)、硒(Ⅳ)和硒(Ⅵ)。遲錫增應用APDC-MIBK-GFAAS法可測定砷(Ⅲ)、砷(Ⅴ)、硒(Ⅳ)、硒(Ⅵ)、銻(Ⅲ)和銻(Ⅴ)。

(三)土壤-植物系統中營養元素的相互作用與有效性

重金屬元素(如Cd、Pb、Cu、Zn等)間、營養元素(如N、P、K、Ca、Mg等)間的相互作用研究得已較多，而重金屬元素與營養元素間的交互作用研究目前尚處於起步階段，屬於重金屬元素污染生態研究的前沿。

1.重金屬元素對營養元素在土壤中化學行為的影響

重金屬元素對營養元素在土壤中化學行為的影響是土壤重金屬污染危害的一個重要方面，它是隱蔽的、長期的，也是導致土壤生產力下降的本質原因，但這方面的研究工作目前在國內外開展得尚不多。

土壤營養元素的吸附解吸過程在某些營養元素的生物有效性方面起著重要作用。K吸附動力學研究發現，添加Cu、Cd明顯地降低了土壤對K的吸附，添加量越高，降低程度越大。而且Cu對K吸附的抑製作用大於Cd。K的緩沖容量(PBC)也因Cu、Cd加入量增加而下降，其下降率分別為20%～32%和7%～20%。然而，Bolland報道，Zn處理使針鐵礦對P的吸附量明顯地高於對照樣品。

元素在土壤中的存在形態及其轉化與多種因素有關，當其他條件不變時，外加某物質必將對其產生影響。目前，有關重金屬污染對土壤營養元素形態轉化影響的研究報道很少。Folle等曾報道，加入重金屬Cu、Zn、Cd、Ni的硫酸鹽，可使土壤中Al-P、Fe-P含量下降，但對其原因未作解釋。

營養元素的遷移性既反映其向植物體的轉移性(生物有效性)，也表徵其在土壤剖面中的垂直移動性，因此，它是生態環境活性的反映。Cu、Cd的加入可引起土壤溶液中K、Mg和Ca的活度增加，且可提取態K、Mg也有增加，Cu的這一影響比Cd大。Robertson報道，重金屬污染後引起土壤Ca、Mg、K下移。然而，Folle等和王宏康等的研究認為，土壤受重金屬Cu、Ni、Pb、Zn等污染後，P的可提取性明顯低於未受污染的土壤。上述結果表明，重金屬污染導致土壤對陽離子的保持力減弱、淋溶增加，而使 P 的有效性降低。

2.營養元素對重金屬元素在土壤中化學行為的影響

營養元素對重金屬吸附解吸作用的影響已有一些研究。Zhu等認為，交換性Ca、Mg離子明顯降低土壤對Zn、Cu的吸附，而且Zn吸附降低率大於Cu；K⁺對Zn、Cu吸附的影響甚微。試驗表明，土壤對Cu、Cd的吸附作用也因P的施用而減少。Ca²⁺、Mg²⁺不僅使紅壤Cd吸持量降低而且解吸量增加。據報道，P 可使富含氧化物的可變電荷土壤對Zn、Cu的吸附增加，而使恆電荷土壤對Zn的吸附降低，說明P對重金屬元素行為的影響與土壤性質關系甚大。

營養元素進入土壤後可以引起重金屬存在形態的變化。這一工作目前僅在P方面有一些報道。Kaushik等和Shuman的研究表明，施P可明顯降低中性及微酸性土壤Zn、Cd、Cu的碳酸鹽態、有機態及晶質氧化鐵態含量，而增加其交換態及無定形氧化鐵態比例，殘留態Zn、Cd、Cu則不受影響。P肥的施入也引起了Mn由難溶形態(晶質氧化鐵和殘留態)向中度可溶形態(無定形氧化鐵錳態)轉化，這是由於P肥降低了周圍土壤pH值及P與氧化物反應速率的緣故。這就意味著P可促進重金屬的生態危害性。然而，也有報道指出，酸性土壤中施P使土壤Zn的交換態、有機態比例降低，而殘留態和無定形氧化物態Zn比例增加。這是因為P可提高土壤負電荷而增加了Zn的吸附。可見，P對土壤中重金屬形態與轉化的效應受土壤性質的制約。

土壤重金屬遷移性大小決定了它對生物和生態環境的危害大小，可惜這方面的研究甚少。有報道指出，P能有效地促進土壤中As的釋放與遷移，這是由於P、As具有相似土壤環境化學行為而產生競爭作用的結果。Brown等報道，施P可增加土壤中可提取態Zn的含量。

3.植物體中元素的交互作用

植物是一個復雜的有機整體，其中某一成分的改變(增加或減少)會影響其他成分功能的發揮，最終反映在植物生長發育和產量上。據報道，在100～200mg/L的Pb濃度下，施P處理可促進植株幼苗根生長。在無N情況下，5mg/kg的Zn就引起小麥籽粒、莖稈和根重下降，而在施N 75mg/kg時，Zn濃度達10mg/kg才開始引起這些指標明顯下降。

重金屬元素作為一種離子，或者與營養元素競爭植物根系吸收位，或者影響植物生理生化過程，從而引起植物對營養元素吸收性能及轉運特徵的改變。Cd使玉米植株N、K濃度上升而使其吸收量下降，但使P濃度及其吸收量都下降。水稻添加Cd降低了稻草中Mg、Fe、Zn濃度。有試驗表明，施Zn使植物P濃度降低，但Cd在Zn存在時可增加植物P濃度，而無Zn時卻又降低P濃度。Zn濃度增加，降低了植物Ca、Mg、K、Na濃度以及Ca/Zn比。Yevdokimova指出，Cu、Ni、Co重金屬污染土壤後，生長於其上的燕麥地上部分硝酸鹽有明顯積累現象。Tyksinski曾報道，萵筍中Cu、B與Ca間，Zn、Mn與P間，Zn、Mn與Mg以及Zn與K間存在拮抗作用。過量重金屬元素的含量不僅降低了植物對營養元素的吸收，也干擾了營養元素在植物體內的分配，重金屬Cd、Mn、Mo使土豆中Ca向地上部的轉移明顯降低。

營養元素是影響植物吸收重金屬的重要因素，有些已成為調控重金屬植物毒性的途徑與措施。研究表明，植物生長在

-N溶液中，其Cd濃度和吸收量都大於在

-N溶液中生長的植物，N形態對植株Zn濃度的影響也與此類似，但Cd在植株體內的分布則不受N形態的影響。液培中

-N增加單子葉植物對Fe、Al、Cu及Zn的吸收，但

-N則恰恰相反，這可能是植物對

-N吸收引起H⁺分泌造成根系表面環境酸化，而

-N吸收則引起OH^-分泌使根系環境鹼化所致。不同種類N肥在促進植物吸收土壤Cd方面的大小順序為(NH₄)₂SO₄＞NH₄NO₃＞Ca(NO₃)₂，其作用機理一方面可能是鹽基陽離子對Cd的置換作用，另一方面可能是肥料降低了周圍土壤pH值而增加了Cd的溶解度。土壤施P通常降低旱地植物體內重金屬的含量，但也有施P促進Pb對植物有效性的報道。Merry等指出，P施用量需達到一定水平才有明顯降低植物體內重金屬含量的作用。然而，水稻吸收Cd卻隨施P而增加。施K可明顯降低小麥Zn的濃度及吸收量。土壤Ca、K含量升高使大豆幼苗中Cd濃度顯著減低，但大豆幼苗干物質量卻沒有明顯受到影響。

綜上所述，土壤-植物系統中營養元素相互作用研究雖取得了一些進展，但絕大多數工作是單向作用的研究，在同一系統中進行雙向作用的研究尚少，土壤和植物相互間是分割的，尚未作為一整體參與研究，且有關交互作用機理的認識尚比較膚淺。

C. 何謂化學形態它在環境化學研究中有何意義

環境化學是環境治理的理論基礎。只有詳細研究環境中的污染物質在空氣和水等環境介質中的遷移、轉化、歸宿的規律,才能找到合理的預防和治理措施。例如在大氣環境治理方面，人們可以通過吸收劑吸收和轉化為無害氣體這兩種化學方法對因化石燃料燃燒產生的CO2、SO2、NOx等有害氣體進行有效處理；水污染處理中的三級處理通過曝氣、吸附、化學凝聚和沉澱、離子交換、電滲析、反滲透、氯消毒等處理方法獲取可應用的水。這些治理措施都是在環境化學理論研究的基礎上產生的.

D. 腐殖質的環境化學作用有哪些

腐殖質
腐殖質對元素的遷移主要表現為有機膠體對金屬離子的表面吸附和離子交換吸附作用，以及腐殖酸對元素的整合作用與絡合作用。在腐殖質豐富的環境中.Cu.Pb.Zn.Fe.Mn.T.Ni 等元素可稱有機膠體吸附，並隨水大量遷移。

E. 河流滲濾系統污染去除機理研究進展

在有利於改善水質的水文地質學方法中，河流滲濾系統是有效地改善地表水水質的、成本低廉的處理方法（Achter et al.，2002）。在一定條件下，地表水體可以與地下水相互轉化，特別是在沖積扇區，可以被認為是同一水源，因此，許多地方常採用傍河布井方式開采地下水，以加強兩者的水力聯系，增加地下水的允許開采量（Winter et al.，1999；王大純等，1994）。無論在濕潤地區還是在乾旱地區，在河水入滲補給地下水的過程中，污染物會發生過濾和衰減（Ray et al.，2003）。如果含水層中不含其他污染物或者各種污染物均處於較低的含量水平，則含水層中的水質會遠遠優於河水，這樣能夠在保障飲用水安全的同時增加地下水的開采量。國外特別是歐洲許多國家將河流滲濾系統應用於飲用水的生產過程，如斯洛伐克共和國通過河流滲濾獲取的飲用水占總飲用水的50%，匈牙利佔45%，荷蘭佔5%，德國佔16%（Ludwig et al.，1997）。河流滲濾系統有兩個顯著的優點：一個是在地表水處理的過程中大大降低了輔助添加劑如消毒劑的使用量；另一個是在保證飲用水安全的前提下大大降低了水處理成本。

（一）河流滲濾系統的概念

河流滲濾是一個自然凈化過程，它是指河水補給地下水時，河水中的溶質通過河流沉積層入滲進入兩岸抽水井或地下水的過程（Ray et al.，2002a）。當對河流或湖泊鄰近水域的垂直或水平的抽水井進行抽水時，由於河流與含水層之間存在動態的相互作用，抽水會引起河流和抽水井之間的壓力梯度，這樣引導性滲濾系統就會引導河水向下通過河流沉積物進入抽水井中。在這個過程中，可以對地表水中存在的大多數污染物進行過濾和清除。河流滲濾系統是一種高效的凈化方法，它對微生物有機體、復雜的自然有機物、殺蟲劑、除草劑、烴類化合物、葯物制劑和芳香族化合物具有很強的去除作用，而這些污染物通過常規的水處理方法很難去除。在該過程中，污染物與沉積層發生各種物理、化學和生物作用，包括過濾、吸附、沉澱、微生物降解以及與地下水混合稀釋等作用，而使污染物濃度降低（Chiou et al.，1985；Drzyzga et al.，1997），河水水質得到凈化，從而獲得高質量的飲用水。河流沉積層既包括河流底泥沉積物，又包括河流兩岸的沉積物，所以將兩者合稱為河流滲濾系統。

（二）河流滲濾過程中污染物的主要遷移轉化機制

河流滲濾過程中的主要遷移轉化機制是入滲、擴散、過濾、吸附、微生物降解，以及地表水與地下水的混合稀釋作用。國外對河流滲濾系統的研究較為深入，有一些針對河流滲濾作用的機理研究，主要包括物理過程和生物地球化學過程等。

1.物理過程

河流滲濾系統是一個天然的過濾器，其中，有機質豐富、粒度細小、表面積很大的河流沉積層，由於具有很大的吸附容量，對入滲污染河水具有很好的凈化效能。即使河流水質會由於季節變化、徑流和沖擊負荷而發生重大變化，其影響也可以在河水通過河流滲濾系統入滲的過程中被消除。其中機械入滲引起對懸浮物質，以及吸附於懸浮固體上的疏水性有機污染物的去除。例如，含黏粒較多的河流沉積物對磷的去除效果最好，對化學需氧量（COD）和NH₄—N的去除效率也比較高，對金屬的去除效果也較好。河流滲濾系統還可以去除水中的顆粒物、膠體、微生物等（Hiscock et al.，2002；Worch et al.，2002）。在地表以下遷移的過程中，有機化合物能夠被吸附於固體物質上。吸附作用的程度變化取決於化合物的特性和土壤膠體的種類和性質。總的來說，隨著接觸表面積增大和在河流與出水井之間的徑流時間增長，吸附量增加。膠體和細菌表面的吸附作用能夠影響有機污染物在土壤和地下水中遷移。Schwarzenbach et al.（1992）研究了揮發性有機化合物，如氯仿、三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等的吸附行為，並闡述了這些化合物的一系列滯緩因素。此外，地下水和入滲水的混合過程能稀釋污染河水，引起污染物濃度下降，並減緩其峰值。

2.生物地球化學過程

河流滲濾系統作為生物地球化學反應器，有著獨特的地球化學環境，可將其視為一個分界面，在此分界面上下各種環境要素包括光、溫度、pH、E_h、氧氣、有機碳等都存在很大的差異，污染河水在通過這個分界面時水質將發生很大變化。Jurgen（2002）取萊茵河水進行試驗，結果證明，河流滲濾系統對溶解的有機碳（DOC）、和去除效果均很好。潛在的河流滲濾過程的有利影響包括對可溶性有機物的降解作用和通過反硝化作用以及與地下水的混合作用來降低硝酸鹽含量（Bourg et al.，1993；Grischeck et al.，1998；Wett et al.，2002）。Grischek等研究了德國易北河水中濃度。井水中濃度從4.97 mg/L降低到檢測限之下。在河流滲濾系統中觀察到的氧化還原反應是微生物活動的結果（BGW et al.，1996；Cosovic et al.，1996；Lovley，1991）。這能夠為新陳代謝作用和細菌的細胞結構提供能量。氧化還原反應需要作為電子供體的有機化合物和作為電子受體的其他物質的參與。沖積含水層中的電子受體包括溶解氧、、錳的氧化物、氫氧化鐵和硫酸鹽等（Berner，1981；Champ et al.，1979；Groffman et al.，1999）。在河流滲濾過程中，通常包含溶解氧，在滲濾的最初幾厘米至十厘米之間處於有氧環境，隨著水流進一步入滲，氧氣消耗殆盡，可能出現厭氧環境（Graillat et al.，1986；Bourg et al.，2002）。大多數情況下，溶解氧和常常是細菌催化所利用的電子受體。如果有機化合物的量很充足，而氧氣和硝酸鹽的量不足，其他的電子受體就會參與到反應中來，從而引起諸如錳和鐵的溶解等其他水質問題（Bourg et al.，1993，2002；Graillat et al.，1986；Lovley et al.，1998；Monika et al.，2008）。

河流滲濾系統中存在以下生物地球化學過程：

河流滲濾系統污染去除機理研究

河流滲濾系統污染去除機理研究

河流滲濾系統污染去除機理研究

河流滲濾系統污染去除機理研究

河流滲濾系統污染去除機理研究

（三）河流滲濾系統污染去除機理研究現狀

1.國外河流滲濾系統污染去除機理研究現狀

近年來，河流滲濾系統對有機物的去除機理及去除效率逐漸成為國外學者的研究熱點。最近幾年的研究證明，河流滲濾系統在控制各種有機物方面非常有效，發生最顯著的濃度衰減的污染物包括可溶性總有機碳、濁度、殺蟲劑和其他有機污染物等，它還能減緩由暴雨徑流造成的突發性污染負荷增大。

河流滲濾系統能夠有效地去除一定比例的天然有機物（NOM）和合成有機物（SOC）（Kuehn et al.，2000）。NOM包括溶解的有機物、腐殖質微粒和未腐殖有機物。地表水體中的有機碳（TOC）和COD主要是NOM引起的。Miettinen et al.（1994）通過對某地表水及其地下水監測研究發現，在地表水入滲的過程中，TOC和COD等含量不斷降低。Sontheimer（1980）在對萊茵河進行研究時發現，河流滲濾對中等分子量的NOM去除率接近70%。Ludwig et al.（1997）在易北河沿岸開展的研究證實，分子量超過1000g/mol的NOM在河流滲濾過程中不斷消失。Wang et al.（1998）在俄亥俄河開展了為期兩年的研究，發現河流滲濾作用對NOM的去除主要是由生物作用引起的。Ray et al.（2002b）也在對俄亥俄河流的研究中發現，在距河岸9m的觀測井以0.0876m³/h的強度抽取地下水時，井水中TOC比河水中的減少了60%。因此，通過河流滲流系統對NOM的凈化作用可以大大提高水的質量。由於野外調查不易實現，國外學者重點針對SOC進行了一些室內模擬試驗研究（Bornick et al.，2001；Jutter，1995；Malzer et al.，1993）。Doussan等對河流滲濾系統中苯胺的生物降解進行了研究（Liu，2002；O'Nell et al.，2000；Vasil et al.，2002），Bornick et al.（2001）證明了易北河中苯胺在3h內去除率能夠達到100%。Jutter（1999）分析並比較了易北河水和兩岸井水中三氯乙烯、四氯乙烯、氯仿的濃度，在井水中幾種污染物的濃度顯著下降，有的甚至低於檢測范圍。Widerer et al.（1985）的研究發現：萊茵河中SOC去除效率與其生物降解性及其在河水中的濃度有關。地下水易受除草劑、殺蟲劑和洗滌劑的污染。Verstraeten et al.（2002）的研究發現：在普拉特河附近的水井中除草劑濃度比河水中減少了76%。Dillon et al.（2002）報道了最近幾年來，墨累河中殺蟲劑的濃度大大降低，主要是由於河流滲濾系統的吸附和生物降解作用。Jutter（1992）調查了德國魯爾河河流滲濾系統對洗滌劑的去除率，發現河流滲濾系統的含水層處於缺氧環境，並且存在強烈的異化硝酸鹽還原過程，其對洗滌劑在還原條件下去除率達到99%，表明河流滲濾系統對這些SOC具有良好的去除作用。另外，國外學者還研究了河流滲濾系統對顆粒物、細菌及病原體和重金屬的去除（Kim et al.，2002；Weiss et al.，2005）。Sontheimer（1980）發現在萊茵河下游持續性重金屬污染物的去除效率較高，其中鉻和砷超過90%，鎘、鋅、鉛、銅和鎳都超過了50%。

2.國內河流滲濾系統污染去除機理研究進展

我國將河流滲濾作用運用於水處理的時間可能更早，但開展河流滲濾過程中污染物環境化學行為及凈化作用的研究時間並不長，只是近年來有吳耀國等利用野外監測手段開展污染河流對地下水化學影響的分析與評價研究發現（吳耀國等，2000，2002a，b，2005，2006；黃瑞華等，2006），河流滲濾系統對城市污水中的COD、重金屬、氮等具有很好的凈化作用，對COD 的去除主要是好氧微生物降解，其次為厭氧微生物降解，重金屬與揮發酚的去除主要是由於土壤吸附作用，而氮的去除是由於好氧環境中的硝化過程與厭氧環境中的反硝化過程聯合作用的結果，其中，硝化作用是氮凈化效率的限制性因子；河流滲濾系統可以減緩污染河流對沿岸地下水的影響，防止地下水組分濃度的劇烈變化，在河水入滲初期，主要發生硝化反應，隨入滲的不斷深入，反硝化作用也趨於加強，使系統具有了一定的脫氮功能；在徐州奎河的試驗結果表明，該河流滲濾系統對揮發酚去除率大於99%、COD的去除率大於95%、氮的去除率大於95%，且未引起土壤及地下水的污染；在對渭河河床沉積物及沿岸地下水含水層的含水介質研究發現，具有土著反硝化細菌的河流滲濾系統，在NO₃—N約為23.0mg/L的條件下，可使苯胺降解效率達到100%，反硝化條件下，苯胺在河流滲濾系統中的降解僅有少部分經過脫氨作用，絕大部分與腐殖質以共價鍵形式形成耦合物，且該耦合物更易為微生物所利用，且在降解過程中不產生對環境微生物有毒的中間產物，可實現反硝化條件下河流滲濾系統中苯胺的連續降解。李金榮等（2006a～d，2007a～d）在對渭河滲濾系統的研究中發現，NH₄—N 污水滲濾時發生的環境行為包括反硝化作用、硝化作用，以及離子交換吸附作用，使入滲的污染河水水質得到凈化，並向好的方向發展。其中，引起氮損失的主要是反硝化作用，渭河滲濾系統對NH₄—N凈化率為86%；含有硝態氮污染的河水在渭河滲濾系統中其環境行為主要為反硝化作用，河流滲濾系統對硝態氮污水有很大的凈化作用。苯胺污水在渭河滲濾系統中的環境行為主要為吸附作用和微生物降解作用，結果表明，河流滲濾系統對苯胺污水有很大的凈化作用，其凈化率可以達到100%。

（四）河流滲濾系統污染去除效果的影響因素

河流滲濾系統對地表水污染物去除效率很大程度上取決於水文地質條件，包括：抽水井的類型、抽水井與河流的位置關系、河岸及河床物質的特性、河床沖刷特性、河水溫度，以及天然水源特性等。一些學者對影響河流滲濾系統處理效率的因素包括河流沉積層組成、河水溫度、滯留時間等進行了研究（Achten et al.，2002；Chung et al.，2005；Friege，2000；Tufenkji et al.，2002）。

1.河岸及河床物質特性

研究表明，河流沉積層的組成特別是其中有機質和黏土的含量對去除效率的影響很大，Schwarzenbach et al.（1983）研究了有機碳含量較低的砂礫石質的河流沖積層中有機物的衰減過程，發現在兩個不同的研究地點，水中的60%可溶性有機碳和可去除的有機氯化合物能在遷移過程中在含水層中被去除，但仍有一小部分保留在水中。對於一些特殊的化合物，如1，4-二氯代苯的去除率不足20%。在入滲過程的最初的幾米中，生物降解作用是最基本的去除機理，有一些難降解的污染物是不能被本地馴化的厭氧細菌轉化的。Miller et al.（2001）利用三種不同的河流沉積物樣品進行一些毒素物質的去除試驗，發現黏土含量較高和富含有機質的沉積物對其去除率較高，而砂質沉積層幾乎不具有去除效果，這可能是由於富含有機物的沉積層具有微生物生長所需要的營養鹽，而含砂較多的沉積層所含營養物很少，導致其去除率不高。我國學者李金榮等（2006d，2007a，b）認為，凈化程度與該滲濾系統的滲濾介質有關，如果滲濾介質為細粒的黏土層，則對硝態氮污水凈化程度很高，其凈化率能夠達到100%，但易引起地下水硬度升高等負效應，若介質為粗砂粒物質，其凈化程度較低，但不易引起地下水硬度升高。

2.河水溫度

Schwarzenbach（1983）對河流滲濾系統中的水質隨季節和空間的變化進行了研究，認為溫度對微生物的活性有非常大的控製作用，所以它是影響河流滲濾系統中水質變化的關鍵因素。Wang et al.（2002）在對Louisville河岸滲濾設施的研究中發現，由於黏性減弱和水溫升高，河水在夏季入滲率較冬季高10%。結果表明，水溫的季節變化在對河流滲濾系統的有效性進行評估時是需要考慮的因素之一。

3.其他影響因素

河流滲濾過程，滲濾的質量還取決於河水水質、與地下水的混合稀釋作用，以及抽水井與河流之間的距離（Goloka et al.，2005）。抽水井與河流之間需要有足夠的距離，使水流獲得充分的遷移時間，以便生物降解能夠進行更加徹底。

F. 在環境化學中，今天我們老師講的： 土壤陽離子交換量越好，土壤就越好，比如黑土的陽離子交換量為24.

土壤陽離子交換量是影響土壤緩沖能力高低，也是評價土壤保肥能力、改良土壤和合理施肥的重要依據。土壤陽離子交換量越高，其緩沖能力越好，也就是土壤保肥能力越好。所以黑土好點。

G. 我國省級刊物及學報有哪些，投稿信箱是什麼

發表論文的話一般看期刊類別，按高級等級分為1類，2類到5類。一般發表在3類以上就不錯了。像這樣的期刊很多，我僅就三類的列出來，當然只是自然科學版的，(社科版的如果需要再說):
ISTP收錄、國外刊物，自然科學進展，天津大學學報（原名為：天津大學學報.自然科學與工程技術版），華東師范大學學報（自然科學版），東北大學學報（自然科學版），四川大學學報（自然科學版），中南大學學報.自然科學版（原名為：中南工業大學學報. 自然科學版） ，同濟大學學報（自然科學版），北京理工大學學報，華南理工大學學報（自然科學版），北京工業大學學報，西北工業大學學報，南京大學學報（自然科學版），武漢大學學報（工學版），重慶大學學報（自然科學版），東南大學學報（自然科學版），北方交通大學學報，內蒙古大學學報（自然科學版），北京師范大學學報（自然科學版），中山大學學報（自然科學版），陝西師范大學學報（自然科學版），南京理工大學學報（自然科學版），太原理工大學學報，廈門大學學報（自然科學版），空軍工程大學學報（自然科學版），海軍工程大學學報，吉林工業大學學報.工學版，武漢理工大學學報，上海理工大學學報，合肥工業大學學報. 自然科學版，甘肅工業大學學報（改名為：蘭州理工大學學報），桂林工學院學報，廣西師范大學學報（自然科學版），四川大學學報（工學科學版），鄭州大學學報（自然科學版），蘇州大學學報（工科版），高技術通訊，雲南大學學報（自然科學版），東北師范大學學報（自然科學版），上海大學學報，中國科學基金，蘭州大學學報（自然科學版），西北大學學報（自然科學版），南京師范大學學報（自然科學版），中國科學技術大學學報，福建師范大學學報（自然科學版），湖南師范大學學報（自然科學版），江西師范大學學報（自然科學版），復旦學報（自然科學版），福州大學學報（自然科學版），湖南大學學報（自然科學版），山東大學學報（自然科學版），應用科學學報，華僑大學學報（自然科學版），吉林大學學報（理學版），寧夏大學學報（自然科學版），西南師范大學學報（自然科學版），湖北大學學報（自然科學版），河北大學學報（自然科學版），河南大學學報（自然科學版），南昌大學學報（理學版），四川師范大學學報（自然科學版），遼寧師范大學學報（自然科學版），山西大學學報（自然科學版），安徽大學學報（自然科學版），黑龍江大學（自然科學版），暨南大學學報（自然科學與醫學版），河北師范大學學報（自然科學版），河南師范大學學報（自然科學版），湘潭大學學報（自然科學版），應用數學和力學，應用概率統計，工程數學學報，運籌學學報，數學的實踐與認識，高校應用數學學報A輯，應用數學，數學雜志，生物數學學報，數學研究與評論，高等學校計算數學學報，固體力學學報，力學與實踐，應用力學學報，實驗力學，力學季刊，模糊系統與數學，系統工程，系統工程理論方法應用，系統科學與數學，量子光學學報，高能物理與核物理，強激光與粒子束，物理，工程熱物理學報，核聚變與等離子體物理，量子電子學報，液晶與顯示，波譜學雜志，應用聲學，計算物理，原子核物理評論，原子與分子物理學報，紅外與毫米波學報，高壓物理學報，低溫與超導，低溫物理學報，聲學技術，質譜學報，雜訊與振動控制，光子學報，光譜學與光譜分析，環境化學，分析試驗室，化學通報，色譜，分子催化，功能高分子學報，物理化學學報，催化學報，燃料化學學報，電化學，有機化學，分析測試學報，化學試劑，無機化學學報，煤炭轉化，化學研究與應用，結構化學，生物多樣性，昆蟲學報，中國生物化學與分子生物學報，動物學研究，遺傳，水生生物學報，應用與環境生物學報，獸類學報，人類學學報，植物生理學通訊，實驗生物學報，植物學通報，植物研究 ，菌物系統（改名為：菌物學報），生物化學與生物物理進展，微生物學通報，武漢植物學研究，西北植物學報，廣西植物，生命的化學，植物分類學報，動物學雜志，雲南植物研究，昆蟲分類學報 ，植物生理學報，四川動物，動物分類學報，新型炭材料，復合材料學報，中國腐蝕與防護學報，玻璃鋼/復合材料，稀有金屬材料與工程，材料導報，稀土，材料熱處理學報，材料工程，材料科學與工藝，稀有金屬，腐蝕科學與防護技術，宇航材料工藝，材料保護，兵器材料科學與工程，機械工程材料，耐火材料，功能材料與器件學報，煤炭學報，中國礦業大學學報，湘潭礦業學院學報，中國鎢業 ，煤田地質與勘探，金屬礦山，礦山機械，煤炭科學技術，鈾礦冶，煤礦自動化，礦業研究與開發，理化檢驗——化學分冊，鋼鐵，粉末冶金工業，北京科技大學學報，鋼鐵研究學報，礦冶工程，硬質合金，冶金自動化，冶金能源，鐵合金，焊接學報，特種鑄造及有色金屬，機械科學與技術，鑄造，機械設計，金屬熱處理，機械傳動，振動與沖擊，無損檢測，製造技術與機床，真空，機械設計與研究，機械強度，感測技術學報，真空科學與技術學報，光學技術，金剛石與磨料磨具工程，潤滑與密封，液壓與氣動，鑄造技術，工具技術，低溫工程，繼電器，熱加工工藝，機床與液壓，流體機械，機械設計與製造，鍛壓技術，模具工業，壓力容器，變壓器，焊接，起重運輸機械，軸承，工程機械，儀表技術與感測器，內燃機學報，電網技術，電池，電力自動化設備，微特電機，華北電力大學學報，中國電力，動力工程，電力電子技術，電氣傳動，高電壓技術，小型內燃機與摩托車，燃燒科學與技術，微電機，水力發電學報，電氣自動化，高壓電器，電機與控制學報，車用發電機，中小型電機，熱能動力工程，低壓電器，電工技術雜志，汽輪機技術，水力發電，大電機技術，機器人，製造業自動化，光電子•激光，武漢大學學報（信息科學版），電子科技大學學報，電波科學學報，探測與控制學報，激光雜志，西安電子科技大學學報，信號處理，壓電與聲光，應用激光，電子技術應用 ，數據採集與處理，系統工程與電子技術，紅外技術，光電工程，電子元件與材料，光通信技術，微波學報，彈箭與制導學報，激光技術，現代雷達，紅外與激光工程，電力系統及其自動化學報，北京郵電大學學報，自動化學報，半導體技術，半導體光電，通信技術，微電子學，固體電子學研究與進展，武漢理工大學學報（信息管理版），微電子學與計算機，模式識別與人工智慧，計算機應用，中文信息學報，計算機與應用化學，計算機集成製造系統（CIMS），計算機工程與應用，計算機應用研究，小型微型計算機系統，計算機工程與設計，計算機工程，微型機與應用，計算機應用與軟體，中國塑料，塑料工業，合成樹脂及塑料，塑料，現代化工，膜科學與技術，合成纖維，合成纖維工業，化學工程，天然氣化工.C1.化學與化工，硅酸鹽通報，無機鹽工業，合成橡膠工業，日用化學工業，塗料工業，過程工程學報，林產工業，農葯，中國醫葯工業雜志，北京化工大學學報，化學反應工程與工藝，橡膠工業，離子交換與吸附，海湖鹽與化工，中國陶瓷，棉紡織技術，中國糧油學報，食品科學，印染，製冷學報，中國造紙，中國乳品工業，中國油脂，紡織學報，中國皮革，糧食與飼料工業，北京服裝學院學報（自然科學版），絲綢，東華大學學報（自然科學版），鄭州輕工業學院學報（自然科學版），釀酒技術，糧油加工與食品機械，城市規劃匯刊，建築結構，給水排水，暖通空調，工業建築，工程勘察，建築科學，西安建築科技大學學報（自然科學版），建築機械，施工技術，建築技術，四川建築科學研究，築路機械與施工機械化，水處理技術，應用生態學報，環境污染治理技術與設備，化工環保，環境科學研究，生態學雜志，工業水處理，長江流域資源與環境，資源科學，海洋環境科學，環境科學與技術，農業環境保護，農村生態環境，環境工程，環境與健康雜志，環境污染與防治，中國環境監測，地震工程與工程振動，西北地震學報，地震研究，地球物理學進展，地球科學，地學前緣，地球化學，第四紀研究，地球學報，地球科學進展，古生物學報，中國沙漠，地質科技情報，地質與勘探，現代地質，成都理工學院學報，高校地質學報，地層學雜志，礦物岩石，岩石礦物學雜志，水文地質工程地質，中國岩溶，地理學報，地理研究，地理科學，乾旱區地理，冰川凍土，地理學與國土研究，山地學報，地理科學進展，大地構造與成礦學，乾旱區研究，中國新葯與臨床雜志，中國葯理學通報，中國葯理學與毒理學雜志，中國新葯雜志，中國抗生素雜志，中國葯房，中國醫院葯學雜志，中國臨床葯理學雜志，沈陽葯科大學學報，中國葯科大學學報，華西葯學雜志

H. 什麼物化-生化處理法

就是物理化學生物三種方法中的兩種以上聯合使用，像，吹脫，吸附，等

I. 重金屬在土壤中以哪些結合態形式存在並簡述其環境效應 環境化學

重金屬在土壤中的存在形態受其組份以及理化特性的影響，所以其存在形式特別復雜，可以分為以下幾種形態 ：

1、交換態:

可進行離子交換以及專性吸附是這種形態重金屬的特徵。這種形態的重金屬可以在陽離子的溶液中被釋放出來，可以直接在土壤中被生物吸收 。

2、碳酸鹽結合態 ：

通過較為溫和的酸就可以將其釋放的沉澱或共沉澱的活性形態重金屬，也可以稱為生物有效態重金屬；

3、錳鐵結合態：

在土壤氧化物中共沉澱或是專性吸附，但是在還原狀態下可以被釋放到土壤里。

4、殘渣態：

在礦物晶格中包含的重金屬形態，較難遷移和被生物利用，對於環境來說是比較安全的，只有在遇到酸、螯合劑或者微生物時才會被釋放到環境中，對生態產生影響。

5、有機結合態：

重金屬在這種形態下的含量會受到土壤中有機質含量以及配位基團含量的影響，而且金屬離子的外層電子軌道形態也可以影響它。

重金屬在土壤中的環境效應：

重金屬通過溶解、凝聚、沉降等各種反應形成的存在形態及化學性質決定了重金屬在土壤中的遷移及對人體的危害程度，重金屬的存在形態決定了遷移轉化特點、危害程度以及污染的性質。

重金屬大多數是屬於具有獨特的可變價態的過渡性元素，可以在一定條件下發生氧化還原反應。重金屬價態不同，它的毒性和活性也不同。

(9)離子交換吸附環境化學擴展閱讀：

土壤中重金屬污染

土壤中重金屬污染具有普遍性、隱蔽性、不可逆性、巨大危害性等特點。

其來源廣泛，既有自然來源，也有人為來源，主要包括采礦及冶煉活動、金屬加工工藝、農葯及肥料的不合理施用、含鉛汽油的使用、電池製造產業、工業廢棄物的隨意堆放、污水灌溉及污泥施肥、大氣沉降、電廠的運行等。

重土壤金屬污染問題是如今面臨的主要環境問題之一，對人類的健康產生不利影響，因此需要有經濟、可靠的方法進行土壤改良。重金屬污染土壤改良的主要途徑有解吸溶解途徑以及固化穩定途徑。

生物炭是在氧氣限制條件下高溫( ＜ 900 ℃) 熱分解生物質產生的一種富含碳、細粒度、多孔的材料。具有表面吸附的作用，並且能對土壤中重金屬的生物有效性和遷移性產生影響，加之其價廉、環保等優點，生物炭在處理土壤重金屬問題方面已得到越來越多的關注。

J. 土壤膠體雙電層結構的離子交換機理是什麼

現以黏土礦物微粒的雙電層結構為例說明膠體的結構。黏土礦物微粒的表面帶負電荷，它吸附溶液中
正離子(稱為反離子)。由於離子的熱運動，正離子將擴散分布在微粒界面的周圍。圖3-6 中，界面NM 是
黏土礦物微粒表面的一部分，符號"+"表示被吸附的正離子。實際界面周圍的溶液中有正離子，也有負離
子；因微粒負電場作用，正離子過剩，顯然與界面NM 距離越遠的液面，由於微粒電場力不斷減弱，正離
子過剩趨勢也越小，直至為零。