第 38 卷第 3 期 2017 年 5 月 DOI: /j 水生态学杂志 JournalofHydroecology Vol.38,No.3 May 2017 紫色土吸附 Cu 2+ Zn 2+ 对水体中土壤颗粒凝聚沉降的影响丁武泉 1,

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1 第 38 卷第 3 期 2017 年 5 月 DOI: /j 水生态学杂志 JournalofHydroecology Vol.38,No.3 May 2017 紫色土吸附 Cu 2+ Zn 2+ 对水体中土壤颗粒凝聚沉降的影响丁武泉 1,2, 何家洪 1 1, 王磊 (1. 重庆文理学院环境材料与修复技术重庆市重点实验室, 重庆 ; 2. 西南大学土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室, 重庆 ) 摘要 : 研究中性紫色土表面吸附 Cu 2+ Zn 2+ 后对其在水体中凝聚沉降的影响, 为重金属离子释放对三峡库区水 - 土界面生态系统造成的风险提供数据参考 2014 年 10 月, 采集西南大学桑园的中性紫色土表层土壤, 以 Cu (NO 3 ) 2 和 Zn(NO 3 ) 2 配制重金属离子, 进行 Cu 2+ 和 Zn 2+ 对中性紫色土凝聚沉降实验测定中性紫色土颗粒吸附 Cu 2+ 和 Zn 2+ 后 zeta 电位值研究结果表明 :(1) 中性紫色土吸附 Cu 2+ Zn 2+ 后水体中土壤颗粒含量随时间不断减小, 并且呈先快速后缓慢减小的规律, 在不同浓度条件下土壤颗粒含量变化规律表现差异较大, 其临界浓度分别为 0.3~0.5 和 0.5~0.7mmol/L (2) 水体中中性紫色土颗粒平均沉降速率均随 Cu 2+ Zn 2+ 浓度升高而增大, 分别从 1.01cm/min 增加到 2.92 和 2.58cm/min, 表现为 Cu 2+ >Zn 2+ ; 过程分为 3 个阶段 : 缓慢增加, 快速增加和基本不变, 平均沉降速率随浓度变化临界范围分别为 0 3~0 5 和 0 5~0 7mmol/L (3) 水体中中性紫色土颗粒 zeta 电位绝对值随 Cu 2+ Zn 2+ 浓度升高而变小, 同时表现为 Ca 2+ >Zn 2+ >Cu 2+, 土壤颗粒吸附 Ca 2+ Cu 2+ 和 Zn 2+ 后 zeta 电位绝对值随浓度变化临界浓度范围分别为 ~0.5 和 0.5~0.7mmol/L 重金属离子吸附在中性紫色土表面减小 zeta 电位值和静电斥力, 加速土壤颗粒凝聚沉降过程关键词 : 紫色土 ;Cu 2+ ;Zn 2+ ; 土壤颗粒 ; 沉降速率中图分类号 :X131.3 文献标志码 :A 文章编号 : (2017) 随着社会和经济快速发展, 重金属污染已成为土壤和水体环境污染的主要问题之一 ( 赵其国等, 2009) 三峡水库建成后, 库区形成了一个独特的生态系统, 为厘清库区土 - 水环境体系中重金属含量及其对库区生态系统的影响, 众多研究人员开展了大量研究工作研究结果 ( 许书军等,2003; 李其林等,2004; 吉芳英等,2009; 刘丽琼等,2011; 王图锦等,2013;Sunetal,2015) 显示 Cu Pb Zn Cd 和 Hg 等重金属元素在库区土壤和水体中都有存在, 这些重金属元素在库区土壤 - 水体中发生复杂的迁移转化过程, 将对整个生态系统产生重要影响土壤颗粒吸附重金属离子是一个重要的环境过程, 而且土壤颗粒表面电荷性质因此而发生深刻变化 ( 曾希柏等,2013;Wangetal,2008; 于天仁等, 1996; 丁武泉等,2006; 张效年等,1998) 已有研究 (Bhatacharyyaetal,2008;Tianetal,2015) 表明, 土收稿日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( ); 重庆市自然科学基金项目 (cstc2014jcyja80031,cstc2015jcyja80015); 重庆市教委科技课题 (KJ ) 和重庆市大学生创新性训练计划 ( ) 作者简介 : 丁武泉,1982 年生, 副教授, 博士, 主要从事土壤化学研究 E mail:wuquanding@sohu.com 壤颗粒表面电荷性质是影响其凝聚 / 分散过程重要因素之一, 因此土壤颗粒吸附重金属离子改变表面电荷性质势必会影响土壤颗粒的凝聚 / 分散过程, 从而影响土壤颗粒絮凝沉降过程, 对库区水体中泥沙淤积水体浑浊和调沙治沙等方面研究有重要意义紫色土是库区最主要土壤类型之一 ( 中国科学院成都分院土壤研究室,1991), 水库蓄水后消落带土壤与水体充分接触分散进入水体或者发生沉降过程, 土壤颗粒在水体中凝聚 / 分散过程影响其在水体中沉积和迁移, 对水 - 土界面生态环境有重要影响本文选取库区土壤和水体中含量较高的重金属离子 (Cu 2+ Zn 2+ ), 研究中性紫色土表面吸附后对其在水体中凝聚沉降的影响, 为重金属离子释放对库区水 - 土界面生态系统造成的风险提供数据参考 1 材料与方法 1.1 供试材料 2014 年 10 月采集西南大学桑园的中性紫色土表层土壤 (0~20 cm), 自然风干后磨细过筛 (0.25mm) 2014 年 11 月, 分别采用标准方法 ( 中国科学院南京土壤研究所,1978) 对土壤基本理化性质进行测定,pH 采用 ph 计测定 ( 水提, 水土比为 5 1), 阳离子交换量采用中性乙酸铵法测定, 有机

2 2017 第 3 期丁武泉等, 紫色土吸附 Cu 2+ Zn 2+ 对水体中土壤颗粒凝聚沉降的影响 33 质含量采用重铬酸钾氧化 - 滴定法测定实验设 3 次重复, 测定得到土样 ph 为 7.11, 有机质含量为 1 23% 土样表面电荷性质参数( 电荷总量 0.016c mol/g; 比表面积 48000m 2 /kg) 采用联合测定法测定 (Lietal,2011;2004) 重金属离子分别采用 Cu(NO 3 ) 2 和 Zn(NO 3 ) 2 配制, 以上试剂均为分析纯 1.2 试验方法 Cu 2+ 和 Zn 2+ 对中性紫色土凝聚沉降实验 (1) 分别配置 0.1mol/LCu 2+ Zn 2+ 溶液, 适量加入 2000mL 三角瓶中, 同时加入 10.0g 土壤样品, 使溶液重金属离子浓度分别达到 mmol/L, 放入摇床震荡 24h 确保重金属离子与土壤充分接触 (2) 充分震荡后的土壤溶液采用超声波细胞粉碎仪超声分散 15min, 分别转入 1000mL 量筒中 (3) 采用搅拌器搅拌使得土壤溶液充分分散, 然后利用虹吸管吸取量筒零刻度线下 10cm 处土壤溶液入三角瓶, 取样的时间分别为搅拌前和搅拌后第分钟, 温度控制为 25 ; 将装有土壤溶液三角瓶放入烘箱烘干 ( 温度控制为 105 )24h, 分别称重记为 Q2, 空三角瓶称重记为 Q1, 不同重金属离子吸附后不同时间 10cm 以上部分土壤溶液所含土壤颗粒重量为 Q2-Q1 以上每组实验做 3 次重复, 于 2015 年 7-12 月分别在西南大学土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室和重庆文理学院环境材料与修复技术重庆市重点实验室完成中性紫色土颗粒吸附 Cu 2+ 和 Zn 2+ 后 zeta 电位值测定振荡摇匀含有各浓度 (0,0.1,0.3,0.5, 0.7,0.9,1.0,3.0m mol/l)cu 2+ Zn 2+ 和 Ca 2+ 土壤悬液移取 50mL 至三角瓶瓶中, 静置 24h, 取上部悬液利用美国布鲁克海文公司生产的 zeta 电位仪测定 zeta 电位值 ( 李忠意等,2015;Lietal,2014), 实验设 3 次重复 2 结果与讨论 2.1 Cu 2+ Zn 2+ 吸附对水体中性紫色土颗粒含量变化的影响中性紫色土沉降实验设置溶液中 Cu 2+ 和 Zn 2+ 一系列浓度为 m mol/l, 得到不同浓度 Cu 2+ 和 Zn 2+ 条件下水体土壤颗粒含量的变化规律, 结果如图 1 图 1 中性紫色土吸附 Cu 2+ Zn 2+ 对水体中土壤颗粒含量的影响 Fig.1 VariationofsoilparticlesetlingratewithCu 2+ andzn 2+ concentration 中性紫色土吸附 Cu 2+ 和 Zn 2+ 后水体中颗粒含量随时间变化规律表现出 2 个不同变化趋势 : 在开始阶段 (0~10min) 水体中颗粒含量随时间显著降低, 然后 (10~60min) 缓慢降低根据 Stokes 定理可以知道, 在开始阶段沉降的是大颗粒, 重力作用起主导作用首先发生沉降, 而后缓慢沉降的是小颗粒, 小颗粒先通过颗粒间相互作用, 凝聚形成大颗粒再发生沉降, 因此沉降过程中出现这两个明显变化趋势同时, 中性紫色土吸附 Cu 2+ 和 Zn 2+ 在不同浓度条件下土壤颗粒含量变化规律表现有差异 :Cu 2+ 浓度从 0.1mmol/L 提高到 3mmol/L 时, 存在一个明显的浓度临界范围, 即为 0.3~0.5mmol/L, 当浓度 <0.3mmol/L 时, 水土中土壤颗粒含量最后保持在 35% 左右, 而当浓度 >0.5mmol/L 时, 水土中土壤颗粒含量最后则降至在 15% 左右 ;Zn 2+ 浓度从 0.1mmol/L 提高到 3mmol/L 时, 也存在明显的浓度临界范围, 即为 0.5 ~0.7 mmol/l, 当浓度 <0.5mmol/L 时, 水土中土壤颗粒含量最后保持在 45% 左右, 而当浓度 >0.7mmol/L 时, 水土中土壤颗粒百分含量最后则降至在 20% 左右以上分析可知, 中性紫色土吸附 Cu 2+ 和 Zn 2+ 凝聚沉降过程的临界浓度分别为 0 3~0 5 mmol/l 和 0 5~

3 34 第 38 卷第 3 期水生态学杂志 2017 年 5 月 0.7mmol/L, 低于前期研究 ( 丁武泉等,2013) 的 Ca 2+ 临界值 (0.8mmol/L) 这主要是因为 Cu 2+ 和 Zn 2+ 在土壤颗粒表面吸附存在一定比例的专性吸附, 更早的研究结果 ( 丁武泉,2006) 表明在中性紫色土中 Cu 2+ 和 Zn 2+ 分别约有 20% 5% 的吸附量为专性吸附, 而且该部分专性吸附量会改变土壤表面电荷性质, 表面电位值绝对值降低 25% 左右, 使得颗粒间静电斥力变小, 提高了土壤颗粒凝聚能力 2.2 Cu 2+ Zn 2+ 吸附对水体中土壤颗粒平均沉降速率的影响水体中中性紫色土颗粒平均沉降速率根据文献 ( 陈洪松等,2001) 的方法计算中性紫色土吸附 Cu 2+ 和 Zn 2+ 水体中土壤颗粒平均沉降速率随浓度变化规律计算结果见图 2 随着 Cu 2+ 和 Zn 2+ 浓度增加, 中性紫色土水体中土壤颗粒平均沉降速率不断上升, 分别从 (1.01±0.08)cm/min 增加到 (2.92 ±0.11)cm/min 和 (2.58±0.05)cm/min, 表现为 Cu 2+ >Zn 2+, 而且与前期我们研究结果 ( 丁武泉等, 2013) 相比, 中性紫色土吸附 Ca 2+ 的最大沉降速度吸附后均小于 Cu 2+ 和 Zn 2+ 从结果可知, 水体中土壤颗粒平均沉降速率随 Cu 2+ 和 Zn 2+ 浓度变化趋势都可分为 3 个阶段 : 缓慢增加, 快速增加和基本不变 Cu 2+ 浓度从 0 增加到 0.3mmol/L 时, 水体中土壤颗粒平均沉降速率缓慢增加, 从 (1 01 ± 0.08)cm/min 增加到 (1 26±0.05)cm/min, 浓度从 0.3mmol/L 增加到 0.5mmol/L 时, 水体中土壤颗粒平均沉降速率快速增加, 从 (1 26 ± 0.05)cm/min 增加到 (2 53±0 06)cm/min, 浓度 >0.5mmol/L 后, 平均沉降速率基本保持不变 ; 同样,Zn 2+ 浓度从 0 增加到 0.5mmol/L 时, 水体中土壤颗粒平均沉降速率缓慢增加, 从 (1 01 ± 0.08)cm/min 增加到 (1.37±0.11)cm/min, 浓度从 0.5mmol/L 增加到 0.7mmol/L 时, 水体中土壤颗粒平均沉降速率快速增加, 从 (1 37 ± 0.11)cm/min 增加到 (2 45±0.21)cm/min, 浓度 >0.7mmol/L 后, 平均沉降速率基本保持不变从水体中中性紫色土颗粒沉降平均速率随 Cu 2+ 和 Zn 2+ 浓度变化趋势分析, 也可得到土壤颗粒吸附 2 种重金属离子后平均沉降速率随浓度变化也存在一个临界值, 分别为 0.3~0.5mmol/L 和 0 5 ~0.7mmol/L, 这与水体中土壤颗粒含量随时间变化规律结果是一致的不同浓度条件下大颗粒受重力作用发生快速沉降过程基本是一致的, 出现差异主要是小颗粒发生凝聚后的慢速沉降过程然而, 小颗粒慢速沉降过程主要取决于其颗粒相互作用后的凝聚或分散过程根据胶体稳定性理论 ( 于天仁等,1978), 颗粒凝聚过程主要受范德华引力和静电斥力共同作用前期研究结果 ( 丁武泉等,2013) 也证明中性紫色土吸附 Cu 2+ 和 Zn 2+ 后表面电位绝对值显著减小, 降低了颗粒间静电斥力, 因而使得颗粒凝聚更容易发生图 2 水体中中性紫色土颗粒沉降速率随 Cu 2+ Zn 2+ 浓度变化规律 Fig.2 VariationofaveragesetlingvelocityofneutralpurplesoilparticleswithCu 2+ andzn 2+ concentration 2.3 Cu 2+ Zn 2+ 吸附对中性紫色土颗粒 zeta 电位 Zn 2+ 浓度不断增加, 水体中土壤颗粒 zeta 电位绝对值的影响值均降低, 主要是因为阳离子浓度升高, 双电层厚度中性紫色土在 Ca 2+ Cu 2+ Zn 2+ 不同浓度条件减小, 使滑动层更加靠近双电层中 Gouy 层而使 zeta 下水体中土壤颗粒 zeta 电位值测定结果如图 3 根电位绝对值降低在 3 种离子体系下水体中中性紫据以上分析, 中性紫色土吸附 Cu 2+ Zn 2+ 后颗粒发色土颗粒 zeta 电位绝对值结果基本表现为 Ca 2+ > 生沉降主要受颗粒间静电斥力影响, 而静电斥力主 Zn 2+ >Cu 2+, 是因为中性紫色土为恒电荷表面土要取决于其 zeta 电位值从图 3 可知, 随着 Cu 2+ 壤,Ca 2+ 在中性紫色土表面基本为静电吸附, 而前期

4 2017 第 3 期丁武泉等, 紫色土吸附 Cu 2+ Zn 2+ 对水体中土壤颗粒凝聚沉降的影响 35 研究 ( 丁武泉等,2013) 认为 Cu 2+ 和 Zn 2+ 在中性紫色土表面有不同程度的专性吸附, 并表现为 Cu 2+ > Zn 2+, 阳离子在带有负电荷土壤表面发生专性吸附后, 减少土壤电荷总量, 从而降低其电位绝对值其他研究人员 ( 邹献中等,2012; 杨亚提等,2003) 也得到类似研究结果这也表明, 中性紫色土在 3 种离子体系中静电斥力大小表现为 Ca 2+ >Zn 2+ >Cu 2+, 进一步可知水体中中性紫色土颗粒凝聚能力是 Cu 2+ >Zn 2+ > Ca 2+, 这与土壤颗粒含量随时间变化规律以及土壤颗粒平均沉降速率随浓度变化规律实验结果是一致的水体中中性紫色土颗粒 zeta 电位绝对值随 Cu 2+ Zn 2+ 和 Ca 2+ 浓度变化趋势与其吸附后土壤颗粒沉降速度变化规律基本一致从中性紫色土颗粒 zeta 电位绝对值随 Cu 2+ Zn 2+ 和 Ca 2+ 浓度变化规律分析, 可得到土壤颗粒吸附 Ca 2+ Cu 2+ 和 Zn 2+ 后 zeta 电位绝对值随浓度变化也存在一个临界值, 分别为 ~0 5 和 0 5~ 0.7mmol/L, 与土壤颗粒含量随时间变化规律以及土壤颗粒平均沉降速率随浓度变化规律实验结果是一致的这主要是因为土壤颗粒在水体中的沉降过程主要受小颗粒发生凝聚而沉降的过程的影响, 而小颗粒发生凝聚主要取决于静电斥力水合斥力和范德华引力的合力, 在不同离子和不同浓度条件下, 水合斥力和范德华引力基本保持相当的水平, 主要受影响的是静电排斥力, 从不同离子不同浓度条件下吸附后的 zeta 电位值变化规律进一步明确静电斥力在土壤颗粒凝聚沉降过程中的重要作用颗粒 zeta 电位值变化规律, 主要得到以下几个方面的结论 : (1) 中性紫色土吸附 Cu 2+ 和 Zn 2+ 后水体中土壤颗粒含量是随时间增加不断减小的, 并且表现为先快速后缓慢减小的规律不同浓度 Cu 2+ 和 Zn 2+ 吸附在中性紫色土表面使土壤颗粒含量变化规律有较大差异, 其临界浓度分别为 0 3 ~0.5 和 0 5~ 0.7mmol/L, 明显低于 Ca 2+ 临界值 (0.8mmol/L); (2) 水体中中性紫色土颗粒平均沉降速率均是随着 Cu 2+ Zn 2+ 浓度升高而增大的, 分别从 (1.01 ±0.08)cm /min 增加到 (2.92±0.11)cm/min 和 (2.58±0.05)cm/min, 表现为 Cu 2+ >Zn 2+, 其平均沉降速率随 Cu 2+ Zn 2+ 浓度变化趋势都可分为 3 个阶段 : 缓慢增加, 快速增加和保持不变土壤颗粒吸附 Cu 2+ Zn 2+ 后平均沉降速率随浓度变化也存在一个临界范围, 分别为 0.3~ 0.5mmol/L 和 0 5~ 0.7mmol/L; (3) 水体中中性紫色土颗粒 zeta 电位绝对值均随着 Cu 2+ Zn 2+ 和 Ca 2+ 浓度升高而减小, 在 3 种离子体系下水体中土壤颗粒 zeta 电位绝对值的结果表现为 Ca 2+ >Zn 2+ >Cu 2+ 而且土壤颗粒吸附 Ca 2+ Cu 2+ 和 Zn 2+ 后 zeta 电位绝对值随浓度变化也存在一个临界范围, 分别为 ~0.5 和 0.5~ 0.7mmol/L, 这与土壤颗粒含量随时间变化规律以及土壤颗粒平均沉降速率随浓度变化规律实验结果是一致的综上所述, 重金属离子吸附在中性紫色土表面, 首先减少电荷数量, 使得 zeta 电位值和静电斥力变小, 中性紫色土更易于凝聚, 加速其沉降过程图 3 不同阳离子体系条件下中性紫色土 zeta 电位随浓度变化规律 Fig.3 Variationofzetapotentialofneutralpurple soilparticleswithcu 2+ andzn 2+ concentration 3 结论通过分析 Cu 2+ 和 Zn 2+ 在中性紫色土颗粒表面吸附后对水体中土壤颗粒百分含量的影响以及平均沉降速率随离子浓度变化规律, 测定了水体中土壤参考文献陈洪松, 邵明安,2001. 有机质 CaCl 2 和 MgCl 2 对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响 [J]. 中国环境科学,21(5): 丁武泉, 李航, 杨兴伦, 等,2006. 重金属吸附对紫色土表面电荷性质的影响 [J]. 农业环境科学学报,25(3): 丁武泉, 欧美娅, 覃宏华, 等,2013. 不同阳离子对紫色土细颗粒絮凝沉降的影响 [J]. 水土保持学报,27(3): 吉芳英, 王图锦, 胡学斌, 等,2009, 三峡库区消落区水体 - 沉积物重金属迁移转化特征 [J]. 环境科学,30(12): 李其林, 黄昀, 刘光德, 等,2004. 三峡库区主要土壤类型重金属含量及特征 [J]. 土壤学报,41(2):

5 36 第 38 卷第 3 期水生态学杂志 2017 年 5 月李忠意, 徐仁扣,2015. 流动电位法研究高岭石胶体对包铝石英砂 zeta 电位的影响 [J]. 土壤学报,52(6): 刘丽琼, 魏世强, 江韬,2011. 三峡库区消落带土壤重金属分布特征及潜在风险评价 [J]. 中国环境科学,31(7): 王图锦, 杨清伟, 刘雪莲,2013. 三峡库区 172m 蓄水位实现后干流水体溶解态重金属含量变化特征 [J]. 长江流域资源与环境,22(9): 许书军, 魏世强, 谢德体,2003. 三峡库区耕地重金属分布特征初步研究 [J]. 水土保持学报,17(4):64-66,89. 杨亚提, 张一平,2003. 恒电荷土壤胶体对 Cu 2+,Pb 2+ 的静电吸附与专性吸附特征 [J]. 土壤学报,40(1): 于天仁,1987. 土壤化学原理 [M]. 北京 : 科学出版社 : 于天仁, 季国亮, 丁昌璞, 等,1996. 可变电荷的电化学 [M]. 北京 : 科学出版社 : 曾希柏, 徐建明, 黄巧云, 等,2013. 中国农田重金属问题的若干思考 [J]. 土壤学报,50(1): 张效年, 赵安珍,1988. 土壤电化学性质的研究 X. 红壤胶体的表面性状和离子专性吸附对表面电荷性质的影响 [J]. 土壤学报,25(2): 赵其国, 骆永明, 滕应, 等,2009. 当前国内外环境保护形势及其研究进展 [J]. 土壤学报,46(6): 中国科学院成都分院土壤研究室,1991. 中国紫色土 ( 上篇 )[M]. 北京 : 科学出版社 : 中国科学院南京土壤研究所,1978. 土壤理化分析 [M]. 上海 : 上海科学技术出版社 : 邹献中, 张超兰, 宁建凤, 等,2012. 不同浓度铜离子土壤的吸附 - 解吸行为兼论弱专性吸附态的存在 [J]. 土壤学报,49(5): BhatacharyyaKG,GuptaSS,2008.Adsorptionofafewheavy metalsonnaturalandmodifiedkaoliniteandmontmorilon ite:areview[j].advancesincoloidandinterfacesci ence,140(2): LiH,HouJ,LiuXM,etal,2011.CombinedDeterminationof SpecificSurfaceAreaand SurfaceChargePropertiesof ChargedParticlesfromaSingleExperiment[J].SoilSci SocAmJ,75: LiH,QingCL,WeiSQ,etal,2004.Anapproachtothe methodfordeterminationofsurfacepotentialonsolid/liquid interface:theory[j].jcoloidinterfacesci,275: LiZY,LiJY,XuR K,etal,2014.Measurementsofthe streamingpotentialofclaysoilsfromtropicalandsubtropi calregionsusingself madeapparatus[j].environmental ScienceandPolutionResearch,21(17): RongguoSun,DingyongWang,WenMao,etal,2015.Diurnal CharacteristicsofMigrationandTransformationofMercury andefectsofnitrateinjialingriver,chongqing,china [J].Chemosphere,119: TianR,YangGg,ZhuC,etal,2015.SpecificAnionEfects foraggregationofcoloidalminerals:ajointexperimental andtheoreticalstudy[j].thejournalofphysicalchemis tryc,119: WangYJ,JiaDA,SunRJ,etal,2008.Adsorptionandco sorptionoftetracyclineandcuonmontmorilonite[j].en vironscitechnol,42: ( 责任编辑张俊友 )

6 2017 第 3 期丁武泉等, 紫色土吸附 Cu 2+ Zn 2+ 对水体中土壤颗粒凝聚沉降的影响 37 EfectofCu 2+ andzn 2+ AdsorptionontheAggregationand SetlingofNeutralPurpleSoilParticles DINGWu quan 1,2,HEJia hong 1,WANGLei 1 (1.ChongqingKeyLaboratoryofEnvironmentalMaterials& RemediationTechnologies, ChongqingUniversityofArtsandScience,Chongqing ,P.R.China; 2.ChongqingKeyLaboratoryofSoilMulti ScaleInterfacialProces,ColegeofResourcesand Environmental,SouthwestUniversity,Chongqing ,P.R.China) Abstract:Heavymetalpolutionisaglobalenvironmentalproblem,resultinginseriousecologicalefectsonwater andsoil.heavymetalionsadsorbedonthesoilsurfacealterthesurfacechargeandafectsaggregationandsetling ofsoilparticles.purplesoilistheprimarysoiltypeinthethreegorgesreservoirareaandcu 2+ andzn 2+ arecom monheavymetalpolutants,occuringathighconcentrationsinbothsoilandwater.here,westudiedtheefectof Cu 2+ andzn 2+ adsorptionontheaggregationandsetlingofneutralpurplesoilparticlestoprovidedataforevalua tingtheecologicalriskofheavymetalionreleasetothewater soilinterface.inoctoberof2014,surfacesoil(0-20cm)wascolectedfrom themulberyfieldofsouthwestuniversity,withaph of7.11,organiccontentof 1 23%,totalsurfacechangeof0.016cmol/gandspecificareaof m 2 /kg.cu 2+ andzn 2+ solutionsof diferentconcentrations(0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,1.0and3.0mmol/l)werepreparedusingcu(no 3 ) 2 andzn(no 3 ) 2.Theaggregationandsetlingexperimentswerecariedoutinconicalflasksandtheabsolutezeta potentialofthesoilparticlesineachgroupwasdeterminedaftercompletingtheexperiments.resultsshowthat: (1)AdsorptionofCu 2+ orzn 2+ increasedthesetlingrate,rapidlyatfirstandthenmoreslowly.theconcentration ofsuspendedsoilparticlesvariedsignificantlyatdiferentconcentrationcu 2+ andzn 2+ groups.therangesofthe criticalconcentrationsofcu 2+ andzn 2+ were,respectively, mmol/land mmol/l,muchlow erthanthecriticalconcentrationofca 2+ (0.8mmol/L);(2)theaveragesetlingvelocityoftheneutralpurplesoil particlesincreasedwithcu 2+ orzn 2+ concentrationwithinthecriticalconcentrationrangesandthenincreased,re spectively,from(1.01±0.08)cm/minto(2.92±0.11)cm/minand(2.58±0.05)cm/min.thechangein setlingvelocityincludedthreestages:aninitialslowincrease,arapidincrease,aplateau;(3)theabsolutezeta potentialoftheneutralpurplesoilparticlesdecreasedwithincreasingcu 2+ andzn 2+ concentrationandthezetapo tentialofsoilparticlesinsolutionsofca 2+,Zn 2+ andcu 2+ ionsfolowedtheorderca 2+ >Zn 2+ >Cu 2+.Thezeta potentialalsovariedwiththeconcentrationsofca 2+,Cu 2+,Zn 2+ withintherangeofcriticalconcentrations,con sistentwiththechangesinsoilparticlesetlingrateandaveragesetlingvelocity.theresultshowsthatthekeyfac torinfluencingaggregationandsetlingofsoilparticlesiselectrostaticrepulsion. Keywords:neutralpurplesoil;Cu 2+,Zn 2+ ;soilparticle;setlingvelocity

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