《表4 底泥中主要主量元素和镉元素含量》

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《石煤矿山酸性废水自净化机理及防治对策》

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注：因未标出烧失量和其他主量元素，元素总量<100%。

第3阶段为地表弱碱性水环境阶段。此阶段，绝大部分镉元素被水铁矿和河道底泥捕获。开化县地表水长期暴露在空气中流动，溶解氧含量较高。AMD汇入下游汪川溪流后（WC4点位）AMD中残余的水溶态二价铁元素被快速氧化为三价，并且所处水环境p H值快速上升至7.8，促使水溶态铁元素在短时间内以水铁矿的形式快速沉淀（表1、2）。此时水中沉淀的铁元素（2 789.17μg/L （WC3点位）-70.14μg/L（WC4点位）=2 719.03μg/L）和失去的可溶态镉元素（39.8μg/L （WC3点位）-0.92μg/L （WC4点位）=38.88μg/L）质量比约为69.93:1（表2），远大于p H=7时理论上水铁矿吸附所有镉元素所需的29.4∶1（表1）。故在地表弱碱性水环境阶段，沉淀的水铁矿就能达到吸附完所有水溶态镉元素的作用。另一方面，自然环境下溪流底泥中黏土矿物和有机质也起到了吸附镉元素的作用[42-45]。根据底泥中镉元素赋存形态特征（图3）和矿物组成（表3），占底泥总量23%的黏土矿物的镉元素吸附量占镉吸附总量的7.53%；低于6%的有机质（WC5样品的烧失量为6%）贡献了12.39%镉元素吸附量；汪川村溪流底泥中水铁矿含量极低，未以非晶态形式被XRD检测出（表3），但由于AMD中铁元素不断输入下游河流，导致汪川村溪流底泥（WC4和WC5点位）中铁元素含量高于浙江省河漫滩沉积物基准值50%～67.5%（表4），极少量的水铁矿沉淀物存在于底泥之中并以铁锰氧化物结合态的方式贡献了76.39%的镉元素吸附量。故在弱碱性水环境下，由三价铁元素沉淀产生的水铁矿是AMD自净化过程的最主要因素。水铁矿吸附镉元素的过程是化学吸附，铁离子作为得到电子的路易斯酸，而镉离子则作为路易斯碱[46]。故在酸性环境下，氢离子作为路易斯酸对水铁矿的吸附能力有较大干扰。随着氢离子含量的降低，水铁矿能够吸附更多带正电荷的镉离子。过量的水铁矿加上底泥中的黏土矿物和有机质保证了自然环境下AMD具有非常充裕的自净化能力。