Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/27268
標題: 重金屬銅鋅鎘在土壤中的移動
作者: 李玉英
LI, YU-YING
關鍵字: 重金屬;銅;鋅;鎘;土壤污染;氮素;土柱淋洗;等溫吸附
出版社: 土壤學研究所
摘要: 
本省農業以水田為主,甚易因灌溉水的污染而導致土壤污染。為瞭解重金屬在遭受灌
溉水污染,土壤中的移動,以彰化埤頭黏板岩沖積土及台中北溝砂頁岩沖積土代表兩
種重要稻田土壤,進行吸附與土柱淋洗研究,以此探討銅、鋅和鎘在土壤中的移動,
及氮素對其移動性的影響,再利用描述溶質移動的對流─擴散微分方程式以模擬銅、
鋅和鎘在土壤中的移動,並與淋洗實驗結果比較,評估此模式之適用性。
埤頭與北溝土壤對銅、鋅和鎘的吸附以Freundlich等溫吸附描述較佳。二種土壤雖均
為砂質壤土,但埤頭黏板岩沖積土含石灰質,理論上有銅、鋅和鎘的碳酸鹽或氫氧化
物沈澱,故等溫吸附參數高於北溝砂頁岩沖積土,尤以銅的吸附較強,致使其Freun-
dlich 吸附指數N 大於1。
埤頭土柱中重金屬的移動,主要受碳酸鹽含量,pH、總體密度(ρ)、水孔隙流速(
Vp)及吸附能量大小等的支配。以銅、鋅和鎘濃度分別為100、100和10ppm
的溶液連續淋洗或以0.3及0.26天脈動加入銅、鋅和鎘分別為500、500
和50ppm 溶液,經90和130公分高度水柱淋洗,結果銅均聚身積在0∼6公分
土層;鋅和鎘的吸附受銅競爭影響,被迫移動至3∼9公分土層中,且3∼6公分土
層中的平均濃度反高於0∼3公分土層。淋洗土柱接收液中無法測到銅和鎘,而鋅則
維持在0.08±0.02 ppm 。
北溝土壞對重金層的吸附力較弱,其移動主要受土壞Ph,水孔隙流速及淋洗時間影響
。經130和112公分水柱淋洗,銅可移動至9公分處,鋅和鎘則移動至12∼1
5公分土層中。銅、鋅和鎘在含100ppm 銨態氮溶液淋洗土柱中的移動距離與不含
者相同,因銨態氮濃度小於1M ,土壞Ph低於6.5,無法與銅、鋅和鎘形成鉗合物
銨態氮及因重金屬的吸附競爭向下移動。淋洗接收液中仍只能測到鋅(0.14±0
.02ppm )。
模擬灌溉水中所含重金屬在土壤中的移動,是假設土壞在定態水流情況下,銅、鋅和
鎘的移動可以對流-擴散微分方程式:( 圖表省略) 來描述。且其吸附,沉積項
( 圖表省略) 遵行Freundlich等溫吸附,利用數值微分技巧,將土柱劃分為M 層,應
用質量平衡關係式,計算逐加時間(△t )內;每一土層中溶質的量,再積分求得一
定時間後每一土層中溶質的總量。
為使模擬所得的解不失其穩定性,將分散係數(D )修正為
Da=1/Rf(D+1/2 Vp/Rf˙△t ),並得求模擬土層厚度(△x )及逐加時
間(△t )的關係式為:△x =4D /Vp,△t =2D /Vp˙Rf。以氯離子突破曲
線(Break through Curve )測定埤頭與北溝土壤的分散係數,求得分散係數(D )
與平均孔隙流速(Vp)的迴歸關係式,分別為D =0.325V 及D=0.299V 。
比較模擬與實測結果,顯示本模式適用於Freundlich等溫吸附較小及濃度較低(小於
100ppm )的溶質在土壤中的移動。如鎘在北溝土壤的移動,此時土壤溶液中濃度
的淨增加相對誤差為-3.6%∼-11.1%,而銅和鋅在溶液中淨增加量的相對
誤差則分別為-120∼-140%及-71∼-103%,等溫吸附愈強及土柱孔
隙流速愈大者,其預測之偏差愈大。
埤頭黏板岩沖積土因含石灰質,等溫吸附強,其等溫吸附隨系統中固體對液體比率之
不同而改變。Freundlich吸附參數K 為土柱總體密度(ρ)及溶積含水量(θ)的函
數,在模擬時加以修正為K ′=K (θn ′/ρ),可降低預計之偏差,可用於模擬
鋅和鎘在埤頭土壤連續淋洗後的移動,但銅的預測雖稍有改善,偏差仍大。若以高濃
度溶質脈動加入,其模擬較連續淋洗之模擬為不合適。
URI: http://hdl.handle.net/11455/27268
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