南方的江西省、湖南省以及廣東省曾經(jīng)是我國(guó)鈾生產(chǎn)的主要地區(qū),這些地區(qū)分布著很多鈾尾礦庫(kù)。隨著時(shí)間的推移,在各種物理化學(xué)和生物過(guò)程作用下,鈾尾礦庫(kù)中的鈾會(huì)向周邊的土壤環(huán)境遷移擴(kuò)散,污染周邊的農(nóng)田土壤和地下水。而我國(guó)江西省、湖南省以及粵北地區(qū)主要的土壤類(lèi)型為紅壤。因此,研究鈾在紅壤中的遷移轉(zhuǎn)化及其控制方法,有利于了解鈾的環(huán)境化學(xué)行為,為預(yù)測(cè)鈾在紅壤中的遷移趨勢(shì),以及為鈾污染紅壤的修復(fù)提供理論基礎(chǔ)。對(duì)于控制鈾尾礦庫(kù)周邊地區(qū)紅壤及地下水鈾污染具有重要的意義。本文選擇我國(guó)南方某鈾尾礦庫(kù)周邊紅壤作為研究對(duì)象,采用批次吸附實(shí)驗(yàn)、土柱遷移實(shí)驗(yàn)、氧化還原轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)以及鈍化修復(fù)實(shí)驗(yàn),結(jié)合模型模擬與各種分析檢測(cè)手段,探討鈾在紅壤中的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程和機(jī)理,并對(duì)鈾污染紅壤中鈾的遷移活性控制方法進(jìn)行了研究。論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:1.采集我國(guó)南方某鈾尾礦庫(kù)周邊包氣帶紅壤樣品,分析其理化特性參數(shù),表明該紅壤屬于壤質(zhì)粘土,具有低有機(jī)質(zhì)、低pH值的特點(diǎn)。通過(guò)批次吸附實(shí)驗(yàn),研究硫酸根作為背景電解質(zhì),不同溶液初始pH值和碳酸根濃度條件下紅壤對(duì)鈾的吸附模型和機(jī)理,結(jié)果表明:(1)不同初始pH值以及不同碳酸根濃度條件下,紅壤對(duì)鈾的吸附動(dòng)力學(xué)均符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,而等溫吸附均符合Freundlich等溫吸附模型。(2)鈾主要通過(guò)與紅壤表面的羥基(-OH)作用而被吸附。溶液中沒(méi)有碳酸根時(shí),溶液平衡時(shí)的pH值控制著紅壤對(duì)鈾的吸附能力。而溶液中存在碳酸根時(shí),碳酸根濃度和初始pH值共同控制著紅壤對(duì)鈾的吸附。2.通過(guò)室內(nèi)土柱遷移實(shí)驗(yàn)并結(jié)合HYDRUS-1D軟件,模擬硫酸根為背景電解質(zhì)時(shí),不同初始pH值以及不同碳酸根濃度的含鈾污水灌溉條件,研究鈾在紅壤土柱中的遷移規(guī)律和模型,結(jié)果表明:(1)溶液初始pH值越小,鈾在紅壤中的遷移活性越大;碳酸根濃度越大,鈾在紅壤中的遷移活性也越大。(2)兩點(diǎn)化學(xué)非平衡模型能很好地模擬不同初始pH值以及不同碳酸根濃度時(shí)鈾在紅壤土柱中的遷移規(guī)律。且平衡吸附位點(diǎn)比例分?jǐn)?shù)f的值與初始溶液中帶正電荷的鈾形態(tài)的含量值近似相等,在不同碳酸根濃度實(shí)驗(yàn)組中,f為0,可用一點(diǎn)化學(xué)非平衡模型模擬不同碳酸根濃度時(shí)的穿透曲線(xiàn)。(3)模型參數(shù)敏感性分析表明,分配系數(shù)_dk′是最關(guān)鍵的參數(shù)。兩點(diǎn)化學(xué)非平衡模型4個(gè)模型參數(shù)的敏感性由大到小依次為:分配系數(shù)_dk′、一級(jí)吸附速率常數(shù)ω、平衡吸附位點(diǎn)比例分?jǐn)?shù)f、縱向彌散系數(shù)λ;一點(diǎn)化學(xué)非平衡模型3個(gè)模型參數(shù)的敏感性由大到小為:分配系數(shù)_dk′、一級(jí)吸附速率常數(shù)ω、縱向彌散系數(shù)λ。3.采集紅壤型稻田土壤進(jìn)行室內(nèi)氧化-還原振蕩實(shí)驗(yàn)和還原實(shí)驗(yàn),模擬稻田土壤的氧化還原動(dòng)態(tài)環(huán)境,研究土壤中鈾的價(jià)態(tài)和形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律和機(jī)理,可得以下結(jié)論:(1)在還原實(shí)驗(yàn)中,土壤中穩(wěn)定四價(jià)鈾(晶質(zhì)鈾礦和U(IV)-磷酸鹽)的含量存在飽和值,表明不穩(wěn)定的單體四價(jià)鈾短時(shí)間之內(nèi)不能向穩(wěn)定的四價(jià)鈾轉(zhuǎn)化。(2)氧化-還原振蕩實(shí)驗(yàn)中,土壤中水溶性的鈾含量輕微升高,這可能會(huì)增加鈾的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),但穩(wěn)定四價(jià)鈾的含量顯著增加。且土壤中穩(wěn)定的四價(jià)鈾在氧化周期內(nèi)不會(huì)被氧化。(3)土壤中微生物群落的改變以及土壤表面鐵氧化物的氧化還原轉(zhuǎn)化在鈾的氧化還原轉(zhuǎn)化過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用。(4)通過(guò)Tessier連續(xù)提取可知,氧化-還原振蕩實(shí)驗(yàn)中,土壤中穩(wěn)定四價(jià)鈾的增加表現(xiàn)為醋酸鹽提取態(tài)的鈾向更穩(wěn)定的羥胺提取態(tài)轉(zhuǎn)化。4.采用稻殼生物炭鈍化修復(fù)鈾污染紅壤。通過(guò)研究稻殼生物炭對(duì)溶液中鈾的吸附特征,以及稻殼生物炭修復(fù)鈾污染紅壤后,紅壤中鈾的化學(xué)穩(wěn)定性和酸雨條件下的遷移活性,得到以下結(jié)論:(1)中性條件下,稻殼生物炭對(duì)溶液中的鈾具有較強(qiáng)的吸附能力。(2)稻殼生物炭修復(fù)酸性鈾污染紅壤后,土壤的pH值得到一定程度的改善。(3)通過(guò)合成沉淀浸出法(SPLP)可知鈾污染紅壤中約26.53%的鈾可被提取,而添加5%和10%稻殼生物炭修復(fù)的鈾污染紅壤中鈾的可提取率分別降至約2.58%和1.40%,表明稻殼生物炭修復(fù)后,紅壤中鈾的短期釋放潛力大大降低。(4)Tessier連續(xù)提取可知,隨著稻殼生物炭添加比例的增大,可交換態(tài)的鈾含量減少,碳酸鹽結(jié)合態(tài)的鈾含量增多,鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的鈾略有減少,而有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的鈾含量基本不變。且可交換態(tài)與碳酸鹽結(jié)合態(tài)鈾的含量之和略有增多,可知稻殼生物炭修復(fù)后鈾污染紅壤中鈾的化學(xué)穩(wěn)定性仍然不高。(5)模擬三年酸雨量淋溶實(shí)驗(yàn)可知,鈾污染紅壤中約26.37%的鈾被浸出,而添加5%和10%的稻殼生物炭修復(fù)的鈾污染紅壤相同條件下的浸出率分別只有7.30%和3.18%,表明稻殼生物炭修復(fù)后,紅壤中鈾的長(zhǎng)期釋放潛力也大大降低。
【學(xué)位單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：X53;O647.3
【部分圖文】：

圖 1.1 鈾的 Eh-pH 水溶液電化學(xué)平衡圖譜（log∑CO2=-1）[100]Figure 1.1 The Eh-pH diagram of U with log∑CO2=-1在還原條件下，四價(jià)鈾是穩(wěn)定的，但 Wan 等[109]發(fā)現(xiàn)生物原環(huán)境仍然能被氧化；且在還原環(huán)境中三價(jià)鐵的還原性溶

圖 1.2 鈾尾礦庫(kù)中鈾在周邊環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化示意圖Figure 1.2 Schematic diagram of U transport and transformation in soils around the urnaium tailingimpoundment

本研究的技術(shù)路線(xiàn)圖
【參考文獻(xiàn)】

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1 張春艷;占凌之;華恩祥;陳井影;高柏;;某鈾尾礦庫(kù)周邊地下水的水化學(xué)特征分析[J];環(huán)境化學(xué);2015年11期

2 許新輝;郜洪文;;中國(guó)南方酸雨的分布特征及其成因分析[J];四川環(huán)境;2011年04期

3 吳唯民;Jack Carley;David Watson;顧寶華;Scott Brooks;Shelly D.Kelly;Kenneth Kemner;Joy D.van Nostrand;吳力游;許玫英;周集中;羅劍;Erick Cardenas;黃家琪;Matthew W.Fields;Terence L.Marsh;James M.Tiedje;Stefan J.Green;Joel E.Kostka;Peter K.Kitanidis;Philip M.Jardine;Craig S.Criddle;;地下水鈾污染的原位微生物還原與固定:在美國(guó)能源部田納西橡樹(shù)嶺放射物污染現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2011年03期

4 鄧軍;施周;許光眉;;石英砂負(fù)載氧化鐵吸附銻的動(dòng)力學(xué)及其吸附機(jī)理研究[J];工業(yè)用水與廢水;2009年05期

5 徐樂(lè)昌;薛建新;高尚雄;;鈾礦冶設(shè)施退役治理中若干問(wèn)題的探討[J];輻射防護(hù);2007年02期

6 王志章;鈾尾礦庫(kù)的退役環(huán)境治理[J];鈾礦冶;2003年02期

7 于天仁,劉志光;水稻土的氧化還原過(guò)程及其與水稻生長(zhǎng)的關(guān)系[J];土壤學(xué)報(bào);1964年04期

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