砷污染的土壤和地下水在世界范围内分布很广,威胁着这些地区的生态环境安全和人类健康。胶体作为土壤与地下水环境中重要的污染物吸附和运输载体,对砷在包气带和含水层中的分配和运移起到关键的影响。但是地下环境中胶体对砷的吸附和迁移的影响一直缺乏系统性研究。本文运用批量实验和柱实验的研究方法,结合砷的多形态分析手段,采用吸附动力学模型、吸附等温模型、溶质运移模型、胶体运移模型和(X)DLVO理论模型,研究了含水介质中砷迁移转化的胶体效应。主要取得以下几个方面的认识:(1)土壤胶体在中性和碱性条件下对砷的吸附能力不强,吸附量在100mg/kg左右,被吸附的砷主要以水溶态、非专性吸附态和专性吸附态形式存在,容易解吸。水铁矿胶体对砷的吸附能力强,最大吸附量可达100-200 g/kg,吸附的砷主要以专性吸附态、无定型氧化物结合态和晶型氧化物结合态形式存在,大部分被吸附的砷会通过水铁矿的还原性溶解而解吸。(2)除在酸性条件外,胡敏酸胶体对水铁矿胶体的迁移具有促进作用。在中性条件下,小粒径的胡敏酸胶体对水铁矿胶体的迁移促进作用要比大粒径的胡敏酸胶体更强。这种小粒径胡敏酸胶体的强化促进作用是由于其吸附在水铁矿胶体上产生的特殊的链状凸起结构引起的。这种结构使胶体与砂之间相互作用时产生渗透性斥力和空间弹性斥力,从而推动胡敏酸和水铁矿复合胶体的迁移。在碱性条件下,大粒径胡敏酸和水铁矿复合胶体具有比小粒径胡敏酸和水铁矿复合胶体更大的链状凸起结构,引起更强的渗透性斥力和空间弹性斥力,导致前者比后者在砂柱中的迁移能力更强。由于水铁矿可以吸附大量的As(V),因此当胡敏酸促进超过50%的水铁矿迁移时,As(V)在含水介质中的移动性会有所增强。(3)对As(V)具有低吸附能力的土壤胶体沿含水介质表面快速移动可通过屏蔽含水介质吸附As(V),从而促进As(V)的运移。高浓度的土壤胶体对As(V)屏蔽作用更大,因此其对As(V)迁移的促进作用更加明显。土壤胶体的屏蔽效应可解释为胶体阻挡了As(V)向含水介质移动的路径,从而屏蔽含水介质对As(V)的瞬时吸附和一级动力学吸附。胶体在促进溶质迁移时,不仅可以扮演携带者的角色,也可以作为溶质吸附到固相的障碍物。这种屏蔽效应的发现丰富多孔介质中胶体对溶质迁移促进作用的理论。(4)由于土壤胶体具有高有机质和高铁锰矿物含量的特点,且其中含有一些微生物胶体,导致其对As形态的影响有着与土壤不同特点。土壤胶体体系中,As(III)更容易被氧化,而As(V)会先被部分还原为As(III),而后再被氧化回As(V)。土壤胶体上微生物的存在和丰富的有机物会促进As的氧化还原过程。在不同的微生物生长条件下,As氧化和还原的程度不尽相同。在好氧条件下,As(III)氧化速率更快;而厌氧条件下As(V)还原时间更长。在As(III)与土壤胶体共迁移的过程中,土壤胶体可以抑制含水介质对As(III)的氧化,从而促进As(III)的迁移。