胡敏素钝化修复重金属Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)污染土壤

通过土壤培养实验,研究了添加胡敏素对污染土壤中Cu、Pb生物有效性和化学形态的影响。结果表明,添加胡敏素可显著降低重金属的浸出浓度。当投加2%的胡敏素5 d后,土壤中重金属Cu~(2+)和Pb~(2+)的浸出浓度分别下降45.16%和56.97%,并且投加胡敏素10 d后对重金属的钝化基本达到稳定。尿素、硫酸铵、磷酸二氢钾可显著提高胡敏酸对Pb的钝化效果,浸出浓度分别下降了29.36%、23.57%和28.69%,但对Cu的影响不明显。进一步的研究表明,投加2%的胡敏素钝化处理30 d后土壤中交换态铜和铅的所占的比例由原来的15.68%和15.79%下降到了0.48%和1.22%,而有机态铜和铅的比例则由5.35%和10.93%上升到了13.24%和27.32%。因此,采用胡敏素作为重金属污染土壤的钝化剂具有广阔的应用前景。     

不同Cd污染特征稻田施用钝化剂对水稻吸收积累Cd的影响

选择长株潭地区典型化工点源污染、污水灌溉面源污染和大气沉降面源污染的镉(Cd)污染稻田,研究钝化剂施用对稻田土壤Cd形态、水稻Cd含量的影响。结果表明,不同Cd污染特征稻田施用石灰对水稻产量无显著影响,但能显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量和水稻稻米及茎叶Cd含量;而施用钝化剂不仅可显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量、水稻稻米与茎叶Cd含量,还可增加水稻产量。通过钝化剂用量与产量的二次拟合曲线计算可知,北山、梅林桥、大同桥三实验点最高理论产量分别为7 879、9 274和9 064 kg·hm~(-2),对应的钝化剂施用量分别为1 557、1 248和2 752kg·hm~(-2);而钝化剂用量与稻米Cd含量的二次拟合曲线计算可知,三实验点最低理论稻米Cd含量分别为0.143 8、0.063 7和0.232 4 mg·kg-1,对应的钝化剂施用量分别为2 079、1 823和1 689 kg·hm~(-2)。研究结果还表明,Cd污染源对钝化剂降低土壤Cd有效性无显著影响,但会影响水稻对Cd的吸收积累。大同桥点施用石灰和钝化剂皆可显著降低土壤有效态Cd含量,但受污水灌溉的影响,稻米Cd含量较高;化工点源污染的北山点土壤有效Cd含量虽高,因污染源已断,施用石灰和钝化剂皆能显著降低土壤Cd的有效性和稻米Cd含量;而受大气沉降污染的梅林桥点,土壤Cd含量虽高,但土壤Cd有效性较低,施用石灰和钝化剂皆可有效钝化土壤中的Cd,并显著降低稻米Cd含量。     

Pb污染土壤的钝化处理及Pb形态转化研究

将矿粉∶水泥熟料∶硅粉以51∶9∶40的质量比混合配制钝化剂处理人工配置Pb污染土(Pb分别为500、10 000mg/kg),通过对固化体试件力学性能、Pb浸出特性及形态分布的分析,探究土壤钝化剂对Pb的钝化效果与钝化机制。结果表明,两种Pb污染土经钝化处理后,养护28d的固化体试件无侧限抗压强度均能达到2.0 MPa以上,满足填埋的强度需求。其中,低浓度固化体试件养护28d的Pb浸出质量浓度均在0.6mg/L以下,Pb的钝化率高达97%以上。高浓度固化体试件养护28d的Pb浸出质量浓度降至50mg/L以下,Pb的钝化率达87%以上。钝化处理后,土壤中的Pb从不稳定的酸可提取态、可还原态向稳定的可氧化态、残渣态转化,磷化物及氯化物的添加可以增强钝化剂对Pb的钝化效果。钝化剂水化生成钙矾石和水化硅酸钙,并与Pb发生化学吸附及同晶替代反应生成固溶体是Pb钝化的主要机制。     

氧化镁、生物炭与钙镁磷肥对Cd污染农田土壤的协同钝化修复

基于西南地区某实际Cd污染农田土壤探究3种修复材料(氧化镁、生物炭与钙镁磷肥)单独及联合使用对Cd的钝化效果，重点探究材料联合使用时投加比、养护时间、养护方式以及养护含水率对Cd污染农田土壤钝化修复效果的影响。结果表明，氧化镁、生物炭与钙镁磷肥联合使用对农田土壤中有效态Cd的钝化修复效果较3种材料分别单独使用更显著。3种材料联合使用(以质量比1∶1∶1配制)投加比(以质量分数计)为0.5%,采用密闭养护方式养护5 d且养护含水率为60%,该实际农田土壤中有效态Cd含量降低了42.1%,远超出一般农田修复与风险管控项目对有效态Cd降低10%～30%的修复目标要求。     

海泡石及其复配材料钝化修复镉污染土壤

选取湖北大冶Cd污染土壤,采用室外盆栽实验,研究了海泡石、酸改性海泡石以及二者与石灰、磷酸盐配合使用对油菜生物量、体内Cd含量以及土壤pH和有效态Cd含量的影响。结果表明,不同钝化剂处理均能有效提高油菜地上部和根部生物量,最大分别提高1.03和1.43倍,复合处理以及改性海泡石单一处理的增产效果优于海泡石单一处理。不同钝化剂处理均能显著降低油菜地上部和根部Cd含量,最大分别降低66.40%和22.68%。钝化剂复合处理比单一处理对降低油菜Cd吸收的效果显著,6%的钝化剂添加量较为合适。钝化剂复合处理以及海泡石单一处理均能显著提高土壤pH。不同钝化剂处理均能显著降低土壤有效态Cd含量,钝化剂复合处理对土壤Cd有效性的影响要比单一处理显著。综合实验结果,海泡石与磷酸盐复合处理对土壤Cd污染的钝化修复效果最佳。     

生物炭复配磷酸盐对Pb-Cd污染土壤原位钝化修复的研究

采用小区试验方法,选取生物炭、磷酸盐及两者复配材料作为钝化剂原位修复工业遗留场地Pb-Cd污染土壤,通过毒性浸出方法(TCLP)以及欧共体标准物质局(BCR)连续提取法分析钝化修复效果,以期获取最优化的钝化修复方法。结果表明,生物炭、磷酸盐及两者复配材料均能够有效降低土壤Pb、Cd的生物有效性和迁移能力。生物炭能提高土壤pH,使TCLP提取态Pb、Cd分别降低56.26%和83.54%,生物炭能促进重金属沉淀的形成进而提升残渣态Pb、Cd比例;磷酸盐主要通过矿物沉淀作用促使重金属由弱结合态向强结合态方向的转化,使TCLP提取态Pb、Cd分别降低70.66%、89.94%,残渣态Pb、Cd比例显著提升,进而有效降低Pb、Cd的生物有效性和迁移能力。生物炭和磷酸盐复配材料相比单一钝化剂材料未表现出协同作用,但复配材料在保证钝化修复效果的前提下,能补偿酸性磷酸盐造成的土壤酸化,在修复实践中更具应用优势。     

不同钝化剂对外源铅在土壤中的钝化效果及粒径分布的影响

通过室内钝化培养实验比较了羊厩肥、石灰和磷酸盐对土壤外源Pb的钝化效果和钝化修复后Pb的粒径分布特征。结果表明:3种钝化剂均能显著降低土壤中DTPA-Pb的含量,且钝化效果与钝化剂添加量成正比;磷酸盐对外源Pb钝化效果最好,P10处理下土壤中DTPA-Pb的含量降幅达80.53%,羊厩肥钝化效果最差,GM1对DTPA-Pb含量的降幅为6.51%;羊厩肥与磷酸盐将弱酸提取态Pb和可还原态Pb转变为活性更低的可氧化态Pb和残渣态Pb,以降低其活性,石灰将可还原态Pb转化为可氧化态Pb,以降低其活性;3种钝化剂添加均会提升土壤Olsen-P的含量。土壤磷淋溶临界值模型显示,当土壤Olsen-P含量124.25 mg·kg~(-1)时,会发生磷素淋溶现象;Pb在土壤粗砂粒、细沙粒、粉粒和黏粒中的含量差别很大,但赋存形态无明显差异,钝化剂添加会影响外源Pb在各粒级颗粒中的富集及形态分布。相关性分析结果表明,钝化剂主要通过将细沙粒、粉粒和黏粒中的可还原态Pb转化为粉粒和黏粒中的可氧化态Pb来降低土壤Pb的毒害性。研究结果可为3种钝化剂在Pb污染土壤修复中的高效利用及修复后土壤的潜在生态风险管控提供参考。     

EDTA/纳米羟基磷灰石联合修复重金属污染土壤

土壤淋洗可能导致残留重金属活化,采用淋洗/钝化联合修复重金属污染土壤可在一定程度上减少这一影响。研究了EDTA淋洗、纳米羟基磷灰石钝化及两者联合修复对土壤重金属洗脱率、TCLP浸出浓度、化学形态分布的影响,构建了涵盖土壤重金属残留量、生物有效性和生理毒性的环境风险评价方法,对淋洗、钝化及其联合修复进行了评价。结果发现,EDTA淋洗对Pb和Cu的洗脱效果较好,对Zn浸出浓度的削减率较高。当EDTA投加量为2 g·L~(-1)时,Zn的浸出浓度降低了70.40%。纳米羟基磷灰石对Pb和Zn具有较好的钝化效果,对Cu和Cd的钝化作用相对较弱。当纳米羟基磷灰石投加量为2%时,Pb浸出浓度削减率高达89.65%。淋洗/钝化联合修复大幅度降低了Pb和Cd的浸出浓度,降低了可还原态Cu残留量、可还原态和残渣态Cd残留量,以及弱酸提取态和可还原态Zn、Pb残留量。当EDTA和纳米羟基磷灰石投加量分别为1 g·L~(-1)和1%时,土壤重金属总环境风险削减率达到74.12%。EDTA对土壤中Cu和Cd的洗脱效果较好,后续钝化修复作用有限,Pb和Zn则可通过淋洗/钝化联合修复大幅度提高削减环境风险削减率。     

海泡石基钝化剂对猪粪中铜、锌钝化的影响

研究了海泡石基钝化剂在猪粪自然堆沤过程中对重金属铜、锌钝化的影响。采用Tessier五步提取法分析猪粪、土壤中铜、锌形态变化,并将钝化后的猪粪施用于油菜盆栽试验。结果表明:不同施用量的海泡石对猪粪中的铜、锌进行钝化时,海泡石添加比例超过5%(质量分数),钝化效果较好;采用不同海泡石基钝化剂时,施用改性海泡石-赤泥(海泡石、赤泥质量比1∶1)钝化效果最明显,猪粪中可交换态铜、锌分别降低36.79%和33.35%。施用钝化猪粪与未处理猪粪相比,油菜的铜、锌吸收率分别降低5.94%～12.13%和4.21%～11.68%。可见,海泡石基钝化剂能有效降低猪粪中铜、锌的活性及其生物吸收性,且以改性海泡石-赤泥作为钝化剂效果最优。     

腐殖质纳米颗粒对镉污染土壤的修复

外源腐殖质可改变土壤镉(Cd)的含量和状态。以风化煤为原料制备的不溶性胡敏酸为吸附剂,对比研究了其对冶炼厂周边污染土壤及人工模拟污染土壤中Cd的钝化效果。再以泥炭为原料,制备富里酸钾为主的水溶性腐殖酸钾为淋洗剂,用于活化、去除上述2种土壤中的Cd。结果表明,胡敏酸在砂质的人工模拟污染土壤中钝化效果更好,2%的剂量可使土壤中Ca Cl2提取态Cd的浓度(0.103 mg·L~(-1))降低19.7%。腐殖酸钾去除土壤Cd的效率随淋洗剂浓度增加而提高,在10 g·L~(-1)的浓度时,单次淋洗可去除高达38.1%的Cd。傅里叶变换红外光谱分析表明,腐殖质与Cd反应后形成了羧酸盐。因此,腐殖质纳米颗粒既可以钝化土壤中的Cd,也可以活化土壤中的Cd,从而达到修复Cd污染土壤的目的。其关键在于根据钝化或活化的目标,选择溶解度适当的腐殖质材料。