溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)是以多官能团有机酸为主要成分的物质,DOM分子结构中羧基、羟基等官能团与金属氧化物氢氧化物具有极强的亲和力从而产生吸附作用。地下水砷污染是全世界关注的人类健康问题,DOM与砷的竞争吸附是促使砷迁移的重要方式之一。不同来源的DOM对砷的释放方式、程度影响有差异,稳定碳同位素示踪在DOM来源解析研究方面很有潜力,然而DOM在迁移(吸附)过程中可能会发生碳同位素分馏从而影响DOM来源解析结果的准确性。针铁矿(FeOOH)是沉积物、土壤中普遍存在的铁氧化物,腐殖酸(HA)是DOM的重要组成成分。地下水系统中的砷包括As(V)和As(III),As(V)具有较强的吸附性,As(III)常以游离态存在于地下水中。本研究以针铁矿为吸附剂,探索不同反应条件下针铁矿吸附HA和沉积物提取的DOM的规律及特征,并且通过添加不同浓度的As(V)展现其对DOM吸附的影响。在针铁矿对DOM吸附特征相关研究基础上,基于湿式氧化-气象色谱(Gas Chromatography,GC)-同位素比值质谱(Isotope Ratio Mass Spectrometry,IRMS)技术,对不同反应条件下剩余反应溶液的稳定碳同位素组成测试分析,确定稳定碳同位素组成在吸附过程中的改变量,为碳同位素示踪DOM来源研究提供技术参数和理论依据。经过上述实验研究,得出以下结论:(1)反应初始pH为4.1~7.0时,0.15 g的针铁矿吸附碳浓度为44.59 mg/L的HA的反应均可在15 h内达到平衡。拟二级动力学模型可以表征HA的表面动力学行为,拟二级动力学常数k2为10.456 h-1。酸性条件下针铁矿带正电荷、HA带负电荷,两者之间的静电引力可能是吸附作用发生的主要反应途径,因此pH较低的反应条件更加有利于吸附反应发生。Langmuir等温吸附模型可以更好地拟合pH为4.1(r2=0.991)、5.0(r2=0.993),温度为25°C条件下吸附反应的结果,经计算,HA的最大吸附量分别为37.08 mg/g和28.57 mg/g。(2)不同种类及价态的阴离子会对HA的吸附产生不同程度的抑制作用,SO42–对吸附的影响最弱,AsO43–次之,磷酸根对HA吸附量的影响较大,三种磷酸根对HA吸附的影响程度为PO43–>HPO42–>H2PO4–。竞争吸附作用导致As(V)存在情况下HA 吸附量减小,而且As(V)含量越高,HA的吸附量越小。(3)针铁矿吸附沉积物提取DOM的实验研究表明,针铁矿对HA的吸附规律同样适用于天然DOM,酸性条件(pH=6.0)比中性条件(pH=7.0)更加有利于吸附反应的进行,吸附结果可以用Langmuir等温吸附模型拟合。天然DOM中大部分物质与针铁矿作用的机理同HA可能一样,都是静电引力作用所致。As(V)的添加模拟了高砷地下水环境,DOM与As(V)相互抑制作用是DOM对砷迁移影响的表征。(4)由针铁矿吸附HA反应引起的HA的稳定碳同位素组成的改变很小。反应初始pH由3.5增加到5.0,δ13C值偏负1.20‰,可能是因为pH的变化引起了离子交换、表面络合等反应途径贡献率的改变。较高的温度更加有利于较轻的碳与水分子分离而吸附于针铁矿表面,导致35 °C条件下剩余反应溶液的δ13C值比较低温度下偏正。As(V)与HA的相互作用除了竞争吸附,可能还存在络合等其他途径,不同As(V)浓度下δ13C值产生略微偏正趋势。提取DOM的碳同位素组成受As(V)的影响变化不明显。本研究所涉及的环境条件变化范围内,吸附反应以及反应条件的改变引起的碳同位素组成的变化在测试误差范围内几乎可以忽略,但是当环境条件变化幅度很大,由吸附反应引起的碳同位分馏可能会更明显。