Cr(III)在沉积物中再氧化的控制因素及机制研究

Hexavalent chromium (Cr(VI)) is a pervasive groundwater contaminant, frequently derived from industrial activities. Reduction of higher toxicity Cr(VI) to less toxicity Cr(III) is an effective remediation method for chromium-contaminated groundwater. However, Cr(III) may be oxidized to Cr(VI) in the present of oxidized manganese, which caused second contamination. Sediments is a link for contaminants transfer between groundwater and surface water, providing a last line of defense limiting discharge to groundwater. Once the accumulated Cr(III) in sediments was oxidized, it will be a potential threat to groundwater. So it is crucial to figure out the key factor and mechanisms that control Cr(III) oxidation in sediments.. The purpose of this study was to evaluate the factors of DO, pH, organic matter and the role of microbial that influence Cr(III) oxidation in sediments, and reveal the key factor and mechanisms that control Cr(III) oxidation in sediments. The resulting information is expected to provide predictive insight into the migration and transformation of Cr in sediments, and would provide profound guiding for evaluation and protection of Cr-polluted groundwater.

Cr(VI)是地下水中一种常见的污染物，广泛的应用于各种工业生产中。将高毒性的Cr(VI)还原为毒性较低的Cr(III)是治理地下水铬污染的有效方法。然而，在Mn的氧化物存在的条件下，被还原的Cr(VI)可能再次被氧化，造成二次污染。沉积物可能是污染物质在地表水与地下水之间相互转换的纽带，是防止污染物进入地下水的最后屏障。一旦累积在沉积物中的Cr(III)被氧化，将对地下水构成潜在的威胁。因此，弄清沉积物中控制Cr(III) 氧化的关键因素和机制至关重要。. 本研究拟以受铬污染的沉积物为对象，着重研究溶解氧(DO)、pH值、有机质和微生物作用对沉积物中Cr(VI)自然衰减（还原）产物Cr(III)氧化过程的影响，揭示控制Cr(III)氧化的关键机制。本研究为预测沉积物中铬的迁移转化提供理论依据，同时对于评价和控制地下水铬污染具有重要的指导意义。

Cr(VI)是水体中一种常见的污染物，广泛的应用于各种工业生产中。将高毒性的Cr(VI)还原为毒性较低的Cr(III)是治理铬污染水体的有效方法。然而，在Mn的氧化物存在的条件下，被还原的Cr(VI)可能再次被氧化，造成二次污染。一旦累积在沉积物中的Cr(III)被氧化，将对地下水或地表水构成潜在的威胁。因此，弄清沉积物中控制Cr迁移转化的关键因素和机制至关重要。. 潜流带是污染物质在地表水与地下水之间相互转换的纽带，是防止污染物进入地下水或地表水的最后屏障。本研究以潜流带沉积物为对象，通过室内实验和模型相结合的方法，研究Cr在流带沉积物内的氧化还原。还原实验表明在有氧和厌氧条件下，潜流带沉积物都能够还原Cr(VI)。厌氧条件下培养沉积物能增加沉积物中HCl-extractable Fe(II)的含量，进而有效提高沉积物还原Cr(VI)的速率。此外，Cr(VI)的还原呈现多反应速率，表明沉积物中还原性物质具有不同的活性。氧化实验表明在O2和Mn(II)共存的条件下（pH=7.5），还原产物很稳定，不能被氧化。但是，在β-MnO2存在的条件下，Cr(VI)的还原产物缓慢被氧化，随着pH值的增加，Cr(III)的氧化速率减慢。. 为了更加准确的反映潜流带内Cr的迁移转化，我们耦合了水文和生物地球化学过程（Cr，Fe，O2和有机碳（OC）多组分相互作用），共考虑了5种情景下潜流带内Cr的迁移转化，结果表明潜流带内Cr的迁移转化与沉积物氧化还原条件密切相关。沉积物的氧化还原条件取决于潜流带内DO（溶解氧）和OC（有机碳）的供给、微生物作用下Fe(II)的再生、可生物利用Fe的浓度等因素。潜流带内水文条件的交替改变会导致其氧化还原环境发生改变，进而影响Cr的迁移转化。此外，潜流带的地球物理性质（例如渗透系数、潜流带厚度等）也影响着Cr的迁移转化。本项目研究成果不仅能阐明潜流带内Cr的迁移转化机制，同时对于评价和控制水体Cr(VI)污染具有重要的指导意义。