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。     

污泥生物炭对土壤中Pb和Cd的生物有效性的影响

以污泥为原料,在500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,结合X射线能谱(EDS)、环境扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)等表征手段,分析添加污泥生物炭后污染土壤pH和Pb与Cd化学形态的变化来探究污泥生物炭对土壤中Pb、Cd的固定效果,并用盆栽方式评估添加污泥生物炭对小青菜生物量及体内重金属含量的影响。结果表明:添加污泥生物炭后,污染土壤的pH随平衡时间的延长显著升高;对于单一污染土壤和复合污染土壤,污泥生物炭对Pb和Cd均有较强的固定作用,而污泥生物炭在复合污染土壤中对Pb的固定效果优于在单一污染土壤中;添加污泥生物炭能提高小青菜的生物量,且能有效降低小青菜对污染土壤中Pb和Cd的吸收。     

超积累植物东南景天热解过程中Cd的迁移转化规律及炭产物安全利用研究

在管式炉对Cd超积累植物东南景天(Sedum alfredii)进行热解,研究热解过程中Cd的迁移和形态转化,并在最佳温度条件下探究制备的东南景天生物炭对Cd的吸附作用。结果表明,随着温度上升,生物炭产率下降,挥发分增加;温度能影响Cd在气、液、固三相中的分布,温度升高能明显促进重金属由固相向气相迁移;生物炭中Cd形态受温度影响,随温度升高,对环境影响较大的水溶态和酸溶态Cd含量呈现出降低趋势,在700℃以上时,大部分Cd是以稳定的可氧化态、可还原态以及残渣态形式存在;800℃热解得到的东南景天生物炭对Cd具有一定的吸附效果,最高吸附量达到28.7mg/g。通过合理控制热解温度能够实现炭产物的稳定化,并可安全利用到重金属污染水体或者农田污染治理中。     

活性炭上吸附态重金属稳定性

为评价吸附后活性炭上重金属稳定性,采用BCR(European Communities Bureau of Reference)连续浸提法对吸附于活性炭上的重金属形态进行分析,分为可交换态、可还原态、可氧化态和残渣态。结果表明:未改性、硝酸改性、氨改性活性炭上Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)以残渣态稳定态为主,均在80%左右,在环境中的迁移性低,且改性后活性炭上重金属残渣态含量高于未改性活性炭。研究表明,应用BCR连续提取法有助于确定活性炭中重金属的污染状况和潜在释放能力。     

不同复垦年限煤矸山土壤重金属有效态含量及其影响因素分析

研究煤矸山不同年限复垦土壤重金属有效态含量及其影响因素对指导煤矸山植被复垦及复垦地利用具有重要意义。以山西省典型煤矸山复垦3、10、16年灌草地为研究对象,分析了3种复垦土样的理化性质及重金属Cd、Pb、Cu的总量、有效态含量、生物有效性系数。结果表明:(1)3种复垦土样电导率(EC)、有机质和碱解氮含量均随复垦年限的增加而增加,但黏粒和有效磷含量呈下降趋势;(2)总体看来,3种复垦土样Cd、Pb、Cu有效态含量随复垦年限的增加而增加,Cd、Pb生物有效性系数在0~40cm土层、Cu生物有效性系数在20~40cm土层也有此趋势;(3)土壤pH、EC、有机质、黏粒质量分数均不同程度地影响煤矸山复垦土壤Cd、Pb、Cu有效态含量,其中有机质和黏粒含量是关键影响因子。     

重金属复合污染土壤稳定化研究及效果评价

用自制稳定化试剂CTS-AC01试剂对广西河池某砒霜厂遗址As、Cd、Pb、Zn复合污染土壤进行稳定化研究并进行效果评价。结果表明:(1)CTS-AC01试剂可以降低土壤中重金属的毒性特征浸出程序(TCLP)浸出液浓度,使As、Cd、Pb、Zn的稳定效率分别达到87.7%、93.7%、90.9%、99.5%;(2)经过20次模拟淋溶,淋溶液中As、Cd、Pb、Zn的质量浓度分别为0.199、0、0、0.017mg/L,除As浓度超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的Ⅴ类水质标准外,其他3种重金属均已达标;(3)通过土壤中重金属形态分析发现,稳定化主要是将可交换态和氧化结合态向残渣态转化,但20次模拟淋溶对土壤中重金属形态的影响不大,更长期的淋溶作用有待进一步研究。     

调理剂对堆肥产品重金属生物有效性的影响

城市污泥中重金属含量及其生物有效性是限制污泥农用的主要因素,因此,研究污泥堆肥化处理过程中重金属生物有效性,对污泥的农用具有重要意义。实验以城市污泥为原料,以菌菇渣和秸秆为调理剂,设置4个处理:A(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.4∶0.025)、B(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.3∶0.025)、C(污泥∶秸秆=1∶0.12)和D(污泥∶秸秆=1∶0.09),进行好氧堆肥实验,采用BCR顺序提取法测定各种形态的重金属,研究堆肥前后重金属形态的变化规律。结果表明,城市污泥中Cu、Ni、Pb和Cr主要以可氧化态及残渣态存在,生物有效性较低,而Zn和Cd主要以酸溶态和可还原态存在,生物有效性较高;堆肥过程显著降低了Cu、Zn、Ni和Pb的生物有效性,并改变了Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd的形态分布,使污泥中的Cu、Zn、Ni、Pb和Cd向着更稳定的可氧化态或残渣态转变;污泥经过堆肥处理后,Cu、Zn和Ni 3种重金属生物有效性关系为:ABCD,与其他处理相比,处理A残渣态的Pb和Cr增加比例较多,综合来看,处理A对重金属生物有效性的降低最为明显,重金属钝化效果最佳。     

紫外辐照改性生物炭对土壤中Cd的稳定化效果

以废椰子壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照改性生物炭,探究改性生物炭对土壤中Cd的钝化效果。通过改性生物炭对溶液中Cd~(2+)的等温吸附实验表明,经过16 h辐照后的生物炭吸附效果最好,对溶液中Cd~(2+)的吸附量可达67.46 mg·kg~(-1)。通过添加不同生物炭含量(0、1%、3%、5%和10%)对土壤中Cd的修复实验发现,生物炭的添加可以提高酸性土壤的pH值,但经紫外辐照改性后的生物炭对pH值改变能力不如未改性生物炭。此外,生物炭的添加可使土壤中弱酸提取态和可还原态Cd向可氧化态转化,紫外辐照改性可显著提高这一能力。改性生物炭对土壤中Cd的钝化与表面含氧官能团有关。     

发酵鸡粪和有机磷肥对土壤中Pb、Cd污染的影响

研究了湘西地区常用的发酵鸡粪和有机磷肥施用对不同程度Pb、Cd复合污染土壤中乙三胺五醋酸(DTPA)提取态Pb(DTPA-Pb)、DTPA提取态Cd(DTPA-Cd)和土壤酶的影响,并研究了对于种植黑麦草(Lolium perenne L.)的影响。结果表明:(1)施用发酵鸡粪和有机磷肥均能显著改善土壤酸性,一定程度上提高土壤有机质含量。在加入质量浓度200mg/kg总Pb、2mg/kg总Cd复合污染土壤中施用有机磷肥,能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但在400mg/kg总Pb、4mg/kg总Cd复合污染土壤中钝化效果有限,其优先钝化DTPA-Pb。施用发酵鸡粪不能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd。(2)施用发酵鸡粪和有机磷肥均显著提高黑麦草鲜重。虽然施用有机磷肥能更有效的钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但对于黑麦草种植而言,施用发酵鸡粪能更有效的降低其对Pb和Cd的积累,并且主要积累到根部。(3)施用发酵鸡粪对土壤碱性磷酸酶活性、脱氢酶活性和脲酶活性有显著的促进作用。综合而言,湘西地区种植牧草黑麦草,施用发酵鸡粪比较合适,能有效改善土壤酸性,提高黑麦草鲜重和土壤酶活性,降低黑麦草对Pb和Cd的积累。     

3种环保型淋洗剂对重金属污染土壤的淋洗效果

采用振荡淋洗法研究衣康酸(IA)、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)和衣康酸-丙烯酸共聚物(IA-AA)在不同因素影响下对污染土壤Cd、Pb和Zn的淋洗效率。结果表明:3种淋洗剂对土壤Cd、Pb和Zn的去除率随其浓度增加而快速上升,随pH增加呈迅速下降和先升高后降低2种趋势,随淋洗时间总体呈上升趋势;3种淋洗剂在浓度为0.15 mol·L-1且pH为3时,对Cd和Zn去除率最高(39.34%~65.65%);在相同浓度和pH为5条件下对Pb的去除率最高(22.05%~50.62%)。其中IA-AA对Cd、Pb和Zn的去除率分别可达65.65%、50.62%和44.92%。它们去除的主要重金属组分为酸溶态、可还原态和部分可氧化态,且经IA和IA-AA淋洗的土壤养分损失相对较小。因此,IA-AA是修复Cd、Pb和Zn复合污染土壤有工程应用前景的淋洗剂。     

铜陵某富硫尾矿库周边土壤重金属污染特征及风险评价

铜陵某尾矿库堆积大量富硫尾矿,为研究其氧化状况及对周边土壤的污染情况,在尾矿库和周边采集尾矿及土壤样品,测试分析尾矿及土壤样品典型重金属(Hg、As、Cr、Cd、Pb、Zn)含量和赋存形态,并基于单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对土壤污染状况进行了评价。结果表明:(1)尾矿中Fe_2O_3平均占比达到38.08%(质量分数,下同),S平均占比达到5.34%;(2)尾矿库周边土壤中Cd、As、Zn、Hg严重超标,分别为《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)风险筛选值的6.3、3.7、1.8、1.5倍;(3)土壤中重金属主要以残渣态形式存在,但Cd、Hg、Zn的非残渣态平均占比均达到25%以上,生物有效性较高,对周边环境存在潜在危害;(4)两种污染指数法评价结果表明,尾矿库周边土壤以Cd、As、Zn污染为主,该富硫尾矿库已对周边环境造成重度污染。     

长沙市夏季大气颗粒物中重金属的形态及其源解析

对长沙市高开区、经开区、开福区以及马坡岭4个采样点夏季的大气颗粒物(TSP)浓度以及颗粒物中的重金属元素Cu、Zn、Mn、Pb和Cd的浓度和形态分布进行了研究分析,利用污染因子(Cf)对重金属元素的可保持能力进行了评价,并利用因子分析方法(PCA)分析TSP中重金属元素的主要来源。结果显示长沙市夏季TSP平均浓度为220.7μg/m3,表明长沙市颗粒物污染较严重。TSP中重金属元素浓度大小顺序为:ZnPbCuMnCd。从形态分布来看,大约63.3%~89.0%的Cu主要存在于可氧化态(F3),而Mn在这一态中分布最少。元素Zn、Cd则主要分布在弱酸提取态,分别占了70%和35%。Pb主要分布在残渣态,大约为24%~43%。由污染因子计算可知Cu、Cd和Zn比Mn、Pb有更高的迁移性。     

观赏植物与驯化污泥联合修复垃圾渗滤液污染土壤

垃圾填埋场渗滤液污染土壤具有重金属-有机物复合污染的特性。研究了观赏植物广东万年青、白掌、孔雀竹芋和经垃圾渗滤液驯化的污泥对该污染土壤的修复效果,结果表明:采用单一植物修复时,广东万年青较白掌和孔雀竹芋对土壤污染物具有更强耐性,能在污染土壤中生长良好,对重金属Cd和Pb的富集能力也更强;驯化污泥能明显提高污染土壤中有机污染物的降解率,并使重金属Cd和Pb稳定态比例分别提高了34.7%和36.6%,降低了重金属的生物有效性。当采用广东万年青和驯化污泥联合修复时,污泥能促进植物的生长,且当污泥添加量为480 mg·kg~(-1)时,联合修复对土壤中Cd、Pb及有机污染物的去除率分别较不加污泥的对照提高了51.7%、25.5%和40.2%。     

3种修复剂对底泥中不同形态重金属去除效果评估

随着经济发展,越来越多的重金属通过各种途径进入水体,其中部分通过物理、化学或生物作用在底泥中沉积。在合适条件下,底泥中的重金属又会重新进入水体,危害水生生物以及人类健康。沸石粉、生物炭和镉康等材料常常被应用于底泥中重金属的修复,使重金属中能被生物利用的形态转化为残渣态。通过比较沸石粉、生物炭和镉康对底泥中非残渣态的Cu、As、Cd和Pb的去除效率,发现这3种修复剂均有一定的去除效果,其中沸石粉及生物炭对底泥中非残渣态的重金属去除效果较好。总体来讲,这3种用于底泥非残渣态重金属去除的修复剂的性价比表现为:沸石粉生物炭镉康。     

红树林湿地沉积物有效态Zn、As、Cd、Pb的分布特征及相关性分析

通过对海南北部红树林湿地沉积物样品进行采集和室内测试分析,得到研究区沉积物有效态Zn、As、Cd、Pb的含量及分布特征。研究结果表明,研究区有效态Zn、As、Cd、Pb平均质量浓度分别为9.18、1.63、0.19、2.48mg/kg,生物有效性系数分别达19.49%、18.65%、21.11%、17.29%,表明研究区沉积物中Zn、As、Cd、Pb的生物有效性均较强,易于被红树植物吸收,同时也反映出研究区沉积物受Zn、As、Cd、Pb的污染风险较大;有效态As、Cd、Pb含量随沉积物剖面深度增加呈逐渐减少趋势,不同沉积物剖面沉积物重金属生物有效性系数变化存有差异;沉积物理化性质对有效态As、Cd、Zn含量有不同程度的影响,对有效态Pb无明显影响;有效态Cd、Pb含量与Cd、Pb总量显著相关,说明Cd、Pb的有效态含量与总量在空间分布上具有一定的相似性,Cd、Pb总量是有效态Cd、Pb的主控因子。     

淮南潘集矿区农田土壤重金属污染特征及在小麦中累积特征研究

为探究淮南潘集矿区内农田土壤和小麦中重金属的污染状况,选取了16块研究样地,测定其农田土壤和小麦不同部位中Cu、Zn、Pb、Cd、As含量,利用生物富集系数(BCF)和转运系数(TCF)分析重金属在小麦中的迁运行为,并进行重金属化学形态分析和潜在生态风险指数分析。结果表明,矿区农田土壤Zn、Pb浓度平均值低于背景浓度,Cu、Cd、As浓度平均值分别是背景浓度的1.03、4.17、1.81倍。5种重金属的化学形态以残渣态为主,Cu、Zn、Pb、Cd、As的残渣态质量分数平均值分别为47.44%、50.33%、43.36%、46.84%、98.86%。矿区农田土壤重金属综合潜在生态风险指数处于轻度或中度等级,相对较轻,主要贡献重金属是Cd。Cu、Zn易于富集在小麦地上部分,Pb、Cd、As大部分富聚在地下部分。     

热解条件对茶叶渣生物炭特性及镉污染土壤钝化效果的影响

以泡饮过的废弃茶叶为实验原料,通过不同热解温度(300、400、500和600℃)和热解时间(1 h和2 h)制备生物炭,探讨不同热解条件对茶叶渣生物炭(TSBC)的特性及其对镉(Cd)污染土壤钝化效果的影响。结果表明:热解温度的升高可明显增加TSBC的p H和比表面积,降低生物炭的产率、电导率和表面官能团的数量,使TSBC具有弱碱性、较大比表面积和较强的稳定性,对改良酸性土壤和吸附重金属存在一定潜力;而热解时间对其特性没有明显差异,与对照组相比,添加TSBC明显增加了Cd污染土壤的p H、有机碳(SOC)和可溶性有机碳(DOC)含量,但随着制备温度的升高,Cd污染土壤中SOC和DOC增加幅度逐渐降低。添加TSBC显著降低Cd污染土壤中可交换态镉的比例,当热解温度为500~600℃时降幅最显著,其下降比例与对照相比最高可达25.56%;残渣态镉比对照增加了0.88~1.18倍。因此,TSBC对镉污染土壤有较好的钝化效果,这为重金属污染土壤的修复和生活废弃物的资源化利用提供了理论依据。     

超声波强化EDTA-Na_2对土壤中Pb、Cd去除效果及形态变化的影响

通过3种洗脱方式(TE,EDTA-Na2传统洗脱方式;UE-1,超声波先作用于土壤后再加入EDTA-Na2洗脱;UE-2,超声波强化EDTA-Na2洗脱)对湖南典型矿区周边重金属复合污染农田土壤进行洗脱处理,研究了3种洗脱方式对土壤中Pb和Cd的洗脱效果及洗脱前后土壤中Pb和Cd的形态分布。结果表明:3种洗脱方式均对土壤中Pb和Cd有较好的洗脱效果,其中UE-2对土壤中Pb和Cd洗脱率均大于TE和UE-1;在作用时间为5~480 min时,UE-2对郴州土壤中Pb和Cd的洗脱率分别为43.9%~55.9%和63.6%~74.4%,对衡阳土壤中Pb和Cd的洗脱率分别为63.1%~80.9%和74.7%~86.7%,相对于传统萃取方式(TE),UE-2洗脱方式使土壤中Pb和Cd的洗脱率提高了将近25%;与未洗脱土壤相比,UE-2洗脱方式能显著降低土壤中Pb的Fe-Mn氧化物结合态和残渣态含量,显著降低Cd的残渣态、Fe-Mn氧化物结合态和酸可提取态含量;UE-2洗脱方式能显著降低土壤中Cd的TCLP提取态含量,而使Pb的TCLP提取态含量有所增加。     

碳酸钙和海泡石组配对水稻中Pb和Cd迁移转运的影响

为研究组配改良剂LS(碳酸钙+海泡石)对农田土壤重金属Pb和Cd的固化效果以及水稻各部位吸收累积Pb和Cd的影响,在湘南2个矿区(矿区A和矿区B)附近污染稻田中施用了不同添加量的LS(0、2、4和8 g/kg),并进行了水稻种植的田间实验。结果表明,(1)施用2~8 g/kg的LS能使矿区A和矿区B土壤pH值分别增加1.11~1.95和1.61~2.31个单位,能使矿区A和矿区B土壤中Pb和Cd的TCLP提取态含量分别降低18.6%~62.7%、15.7%~37.1%和38.6%~66.7%、0~76.6%。(2)LS能不同程度地降低水稻各部位重金属含量。矿区A糙米中Pb和Cd含量降低9.4%~35.6%、56.1%~66.8%;矿区B糙米中Pb含量降低14.4%~36.6%,而Cd含量变化不明显。(3)LS对水稻中Pb和Cd在各部位之间的转运系数均有不同程度的影响,其中Pb和Cd从茎叶到谷壳的转运系数最大,说明水稻茎叶对重金属的转运能力最强。(4)LS添加量为8 g/kg时,Pb和Cd从谷壳到糙米的转运系数最小,且糙米中Pb和Cd含量最低。     

地质聚合物固化稳定化重金属复合污染土壤

以污染土壤部分替代偏高岭土,在碱激发剂的作用下制备地质聚合物稳定化处理Pb、As、Cd复合污染土壤,研究了其稳定化效果及处理后固化体中重金属的赋存形态。结果表明:污染土壤部分替代高岭土降低了固化体抗压强度,从力学性能上看,土壤掺量低于50%时,能满足建筑材料的强度要求(10 MPa),掺量为60%仅能满足固废填埋要求(5 MPa),土壤掺量≥70%均不能满足要求。随着土壤掺量增加,对土壤中重金属的稳定化效果也逐渐降低,当土壤Pb、As和Cd浓度分别为600、80和22 mg·L~(-1)(HJ 350-2007B)时,土壤掺量在20%~50%,固化体中3种元素浸出浓度均低于浸出标准;当土壤掺量达到60%时,Pb的浸出浓度不能满足标准要求,当土壤掺量增加至70%,固化体中Pb、Cd浸出浓度均超标。固定土壤掺量为30%,随着污染土壤中重金属含量的增加,浸出浓度也增加:土壤中3种重金属浓度为HJ 350-2007B时经过30 d的稳定化处理,浸出浓度满足标准要求;而当浓度达到HJ 350-2007B的2倍时,Pb浸出浓度超标;达到HJ 350-2007B的3倍时,3种Pb、As和Cd均超出浸出标准。固化体中Pb、As、Cd的形态研究表明,外源重金属进入土壤后多以活性较高的形态存在,经过固化稳定后活性态占比降低、残渣态占比增加。