蚯蚓-稻壳炭联合堆肥对工业污泥中重金属的影响研究

蚯蚓堆肥相关研究多集中在生活污泥方面,对工业污泥的探索较少。该研究以马鞍山某钢铁污水处理站污泥为例,添加不同比例稻壳炭(2%、4%、8%),设置污泥单独堆肥、稻壳炭与污泥堆肥以及蚯蚓-稻壳炭联合污泥堆肥试验,探索蚯蚓与稻壳炭联合堆肥对工业污泥中重金属形态和生物有效性的影响。研究表明,(1)相比污泥单独堆肥,稻壳炭联合污泥堆肥能增加污泥pH、EC、TP和降低TOC、TN,而蚯蚓联合稻壳炭堆肥污泥可增加TN,并进一步增加污泥EC、TP,显著降低污泥的pH、TOC。(2)稻壳炭堆肥中重金属Zn、Cu、Pb、Cd含量因浓缩效应而上升;而蚯蚓联合稻壳炭堆肥,重金属含量显著下降,添加4%稻壳炭时,重金属Zn、Cu、Pb、Cd质量分数达到最小值,分别为856.64、137.10、158.92、15.48mg·kg-1。(3)重金属形态分析表明,随着稻壳炭比例增加,稻壳炭堆肥中重金属Zn、Cu、Pb、Cd的交换态和碳酸盐结合态转化为残渣态及铁锰氧化态的比例增大,添加8%稻壳炭时DTPA提取的有效态重金属质量分数最低,分别为705.72、47.95、50.43、4.47 mg·kg-1;蚯蚓-稻壳炭联合堆肥会使得污泥中重金属交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态和有机结合态均向残渣态转化,添加4%稻壳炭与蚯蚓的协同转化能力最大,Zn、Cu、Pb、Cd有效态重金属质量分数分别为629.84、38.63、36.76、1.63mg·kg-1,说明稻壳炭添加入蚯蚓堆肥可进一步降低工业污泥中重金属有效性,使重金属钝化。本研究可为稻壳炭联合蚯蚓堆肥处理工业污泥提供参考和科学依据。     

河北平原农田土壤重金属形态分布特征及控制因素研究

土壤重金属污染防治已迫在眉睫,国内外对重金属污染研究热度不减。本文选择河北平原农田为研究区,对采集325个根系土样品中的Cd、Cr、Pb、As、Hg等5种重金属进行了各形态含量统计与分析,并用Arc GIS制作了有效态空间分布图。最后运用相关性分析法探讨了5种重金属各形态与全量及pH值、Fe_2O_3、总有机碳(TOC)、阳离子交换容量(CEC)、粘粒的相关性。研究表明:Cd的有效态(水溶态和离子交换态)含量占全量比重最大,为18.06%,Cr、Pb、As、Hg均低于10%,这4种金属以残渣态为主,占全量的50%以上;As元素各形态与全量、pH值、Fe_2O_3、TOC、CEC、粘粒的相关程度最高,成正相关关系;Cr的3种形态(铁锰氧化态、强有机结合态、残渣态)与Fe_2O_3、TOC、CEC、粘粒呈显著正相关关系,Cr碳酸盐结合态、腐殖酸结合态与pH呈正相关关系,与Fe_2O_3、TOC、CEC、粘粒呈显著负相关关系;5种重金属铁锰氧化态与pH均呈正相关关系。     

复合添加剂对污泥堆肥化重金属形态及生物有效性的影响

通过添加不同比例粉煤灰(0%、5%、15%、25%、35%)和生石灰(0%、1%)进行污泥堆肥试验,并将堆肥产品应用于玉米幼苗盆栽试验,研究不同处理对污泥堆肥产品重金属(Zn、Cu、Cd、Ni)形态分布和生物有效性的影响。研究结果可为粉煤灰和生石灰复合添加剂在城市污泥堆肥中的应用提供基础资料和科学依据。结果表明,(1)污泥堆肥过程中,p H值整体呈现上升-稳定下降-稳定的变化规律,重金属Zn、Cu、Cd、Ni含量因稀释效应呈现轻微下降;添加35%粉煤灰和1%生石灰处理,重金属Zn、Cu、Cd、Ni含量达到最小值,分别为611.20、226.18、1.49、68.74 mg?kg~(-1)。(2)Zn、Cd、Ni主要以残渣态形式存在,Cu主要以有机结合态形式存在。随着粉煤灰添加量增加,残渣态、有机结合态、铁锰氧化态Zn、Cd和残渣态、有机结合态Ni含量逐渐增大,交换态、碳酸盐态Zn、Cd、Ni含量逐渐减小,重金属生物有效性下降。(3)施用添加25%粉煤灰和1%生石灰的污泥肥料后,玉米地上部分干重最大为21.2 g,玉米重金属Zn、Cu、Ni、Cd含量均达到最小值19.44、13.73、0.08、0.45 mg?kg~(-1),基质重金属Zn、Ni分别达到最小值79.44、0.75 mg?kg~(-1)。以上结果说明,添加粉煤灰和生石灰进行污泥堆肥化对重金属总量影响不大,但能有效改变重金属形态,降低重金属生物有效性。其中,添加25%粉煤灰与1%生石灰污泥堆肥产品,有利于重金属由不稳定态转变成稳定态,也最有利于玉米幼苗生长。     

小麦根际土壤汞的分布和形态变化

采用根际箱试验和连续化学萃取法,结合氢化物原子吸收光谱法,研究了非根际和根际土壤汞形态分布特征及小麦(Triticum aestivum)生长期土壤汞形态变化.结果表明.非根际汞形态分布顺序为:残渣态>强有机质结合态>碳酸盐铁锰氧化物结合态>腐殖酸络合态>水溶态>交换态,根际汞形态分布为:残渣态>碳酸盐铁锰氧化态>强有机质结合态>交换态>腐殖酸络合态>水溶态.当外源汞进入土壤后,在小麦生长60 d内,植物吸收使残渣态汞和水溶态汞含量明显降低,交换态汞和碳酸盐铁锰氧化态汞含量增加.土壤汞污染程度越大,在小麦中积累的汞就越多.其生物毒性增强,环境危害加大.     

耕地土壤铜、镉、锌形态及生物有效性研究

土壤重金属总量常被用来评估土壤质量安全,但是大量事实说明单纯用土壤重金属总量并不能完全说明土壤重金属的生物有效性及其环境风险。相对于国内外常用的Tessier的五态方法,欧共体标准物质局提出的三步提取法(BCR法),中国地质调查局地质连续提取法的七态标准少见报道。本研究选取河南平原耕地样品,采用中国地质调查局地质连续提取法(DD2005-03)进行耕地中重金属元素(Cu、Cd、Zn)的形态分布,结果表明:Cu、Zn主要以残渣态存在,其残渣态分别占全量的55.80%和67.35%。Cd以离子交换态为主,占全量的27.30%。Cu、Cd、Zn各态含量占全量比例的顺序是,Cu:残渣态弱有机结合交换态铁锰氧化态碳酸盐结合态强有机结合态水溶态离子交换态。Cd:离子交换态弱有机结合交换态强有机结合态残渣态碳酸盐结合态铁锰氧化态水溶态。Zn:残渣态铁锰氧化态弱有机盐结合态离子交换态强有机结合态碳酸盐态水溶态。从生物可利用性系数k来看,Cd主要以活动性较大的状态存在,很容易被作物吸收。     

土壤重金属化学形态的生物可利用性评价

重金属化学形态是近年来土壤化学、植物营养和环境科学研究领域的一个热点和难点,利用重金属的化学形态分布和含量变化来评价重金属的生物可利用性,有利于全面研究重金属的危害性和治理重金属污染土壤。结果表明,水溶态和交换态的重金属易被生物吸收利用,而残留态重金属一般不被生物利用,其它形态如碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态的生物可利用性主要取决于外界环境的变化。     

耕地土壤铜、镉、锌形态及生物有效性研究

土壤重金属总量常被用来评估土壤质量安全,但是大量事实说明单纯用土壤重金属总量并不能完全说明土壤重金属的生物有效性及其环境风险。相对于国内外常用的Tessier的五态方法,欧共体标准物质局提出的三步提取法（BCR法1,中国地质调查局地质连续提取法的七态标准少见报道。本研究选取河南平原耕地样品,采用中国地质调查局地质连续提取法（DD2005．03）进行耕地中重金属元素（Cu、Cd、Zn）的形态分布,结果表明：Cu、Zn主要以残渣态存在,其残渣态分别占全量的55．80％和67．35％。Cd以离子交换态为主,占全量的27．30％。Cu、Cd、Zn各态含量占全量比例的顺序是,Cu：残渣态〉弱有机结合交换态〉铁锰氧化态〉碳酸盐结合态〉强有机结合态〉水溶态〉离子交换态。Cd：离子交换态〉弱有机结合交换态〉强有机结合态〉残渣态〉碳酸盐结合态〉铁锰氧化态〉水溶态。Zn：残渣态〉铁锰氧化态〉弱有机盐结合态〉离子交换态〉强有机结合态〉碳酸盐态〉水溶态。从生物可利用性系数k来看,Cd主要以活动性较大的状态存在,很容易被作物吸收。     

不同类型堆肥中腐殖酸与富里酸的光谱特性和分子量分布

以中药渣(HR)、小麦秸秆(WS)和稻壳(RH)为辅料工业化生产的鸡粪堆肥中的腐殖酸(HA)和富里酸(FA)为研究对象,系统对比分析了不同类型堆肥腐殖质(HSs)的光谱特性和分子量分布。结果表明,3类堆肥中HA的芳香性均高于FA,HR和RH堆肥中HA和FA的芳香化程度均高于WS堆肥。三维荧光区域体积积分结果显示,HA的类腐殖质含量(Ⅲ+Ⅴ,86%～91%)高于FA(56%～64%),而FA的类蛋白物质(Ⅰ+Ⅱ,28%～37%)远高于HA(5%～9%),表明HA具有更高的腐殖化程度和分子量特征;其次,RH和WS堆肥中FA分别含有更多的类富里酸和类腐殖酸,而HR堆肥中FA的类络氨酸组分更多。傅里叶红外光谱分析发现,FA比HA含有更多的酰胺和羧酸,其中HR、WS和RH堆肥中FA分别富含芳香族羧酸、酰胺和多糖结构。元素分析结果显示,与FA相比,堆肥HA具有较高的C/N比和较低的O/C比,表明HA具有更多的不饱和结构,而FA具有更多的含氧官能团。添加不同辅料的堆肥中,WS堆肥HSs的脂肪化程度最高。高效体积排阻色谱结果显示,HA比FA具有更宽的高分子量分布(>2×10⁴     

腐殖酸对铊污染土壤中铊形态和分布的影响

选用云浮含铊硫铁矿周围冲积土壤为供试样品,在土样中投加不同比例腐殖酸,采用连续浸提法对比研究了外源腐殖酸对受铊污染土中的铊不同形态及活性的影响.结果表明:随腐殖酸投入比的加大,酸可交换态含量明显下降,Fe/Mn氧化物结合态反之,有机质结合态与Fe/Mn氧化物结合态雷同,残余态几乎无变化;腐殖酸对酸可交换态铊分配比率最高为13.6%～30.5%,分别是有机态铊和Fe/Mn氧化态铊的2.8～15.1倍和2.8～3.7倍.结果说明腐殖酸有降低冲积土壤上有害活动态铊的功能,其作用机制在于腐殖酸具备的络合(螯合)能力和胶体特性.研究确认,腐殖酸可作为土壤重金属污染修复的优质材料.     

喀斯特深水湖泊富硒沉积物中Se的赋存特征

采用硒的循环提取技术,改进后对湖区沉积物中重金属元素硒进行地球化学形态分析.分析结果表明,红枫湖沉积物中Se的硫化物结合态平均含量最高,占总量的45.7%,其含量顺序为硫化物结合态>残渣态>有机结合态>可交换态>酸溶态>水溶态.并采用次生相富集系数法(SPEF)评价红枫湖沉积物中的Se,结果得KSPEF=2.58,即重金属元素Se可能存在某种人为污染.利用配备X射线能谱的电子显微镜进行微形貌的观察,结果表明,沉积物中除去土壤中常见的元素含量外,S的含量较高,约为0.61%(重量比),但并未发现自然Se的存在.应用X射线多晶衍射仪对沉积物中Se的晶型进行分析,红枫湖沉积物中MSe、MSeO4、MSeO3、MSe2O5和含Se的有机化合物是Se元素存在的主要晶型(其中M为金属离子).加之沉积物中有机质及Se的可利用态含量较高,故红枫湖沉积物经植物修复后,可用于富硒农作物的种植.     

北京市表层浮土和水体底泥中汞的赋存形态及其相互关系

应用分级萃取法测定了12个北京市表层浮士和3个水体底泥中汞的赋存形态,并应用多元统计分析对其相互关系进行了研究.北京市表层浮土中汞的含量分布变异较大,但其趋势为:残渣态>强有机结合态>水溶态>其它形态.各形态汞含量主要取决于上壤和底泥中汞含量的大小,其次才是环境因素.强有机结合态和残渣态是主要的赋存形态,对汞在土壤和底泥中的固定起着重要的作用.较易移动的水溶态、FA结合态和交换态对汞在环境中的迁移转化也有一定的影响.盐酸提取态汞主要包括水溶态、交换态、FA结合态和碳酸盐结合态.     

九龙江流域典型汇水区地表径流氮磷流失特征分析

选取九龙江流域5个典型汇水区,通过流域主要雨季天然降雨径流过程监测,对所获得的氮磷营养盐的监测数据进行归纳与分析,着重探讨了暴雨事件下径流氮磷流失及其形态的变化规律。结果表明:暴雨事件下农业汇水区地表径流氮输出以水溶态为主,磷以泥沙结合态为主,天然林地为主的汇水区则相反,前者以泥沙结合态为主,后者以水溶态为主;5个汇水区暴雨事件中总氮最高浓度值为日常采样浓度值的2.9～11.3倍,暴雨事件中总磷最高浓度值为日常采样浓度值的2.9～20.5倍;氮磷输出量均值的差异反映氮磷输出量大小受土壤质地、施肥量、土壤氮磷含量、土壤保水保肥性能等因素的综合影响。整个径流过程中水量和氮磷浓度随时间变化幅度较大,且2者变化呈大体相同的趋势。氮磷及其各形态的浓度多数在相同时间内达到峰值。泥沙结合态氮、水溶态磷变化幅度较小,水溶态氮和泥沙结合态磷浓度变化幅度较大。统计各汇水区雨量不同的降雨事件下氮磷流失负荷表明,特大暴雨对汇水区氮磷负荷的贡献非常显著。     

腐殖酸对污染土壤中铊赋存形态的影响

通过实验室土壤培养实验,研究腐殖酸对土壤中铊形态转化的影响.结果表明:添加腐殖酸后,铊的酸可交换比重由30.51%下降到13.57%;铊的Fe/Mn氧化物结合比重由3.7%增加到10.96%;铊的有机质结合态比重由0.67%增加到11.08%;铊的残余态比重几乎无变化.随着腐殖酸用量增多,可促进土壤铊酸可交换态向Fe/Mn氧化物结合态和有机质结合态转化,降低重金属的可迁移性和生物可利用性.说明腐殖酸可以固定土壤中的铊,其作用机制在于腐殖酸具备的络合(螯合)能力和胶体特性.     

典型城市污染水体底泥中重金属形态分布和相关性

采用Tessier五步连续提取法,研究了南京市莫愁湖、玄武湖、秦淮河13个底泥样品中的重金属的形态分布情况,分析了重金属浸出量与各形态间的相关性及有机质与有机结合态的相关性,并通过红外谱图分析了有机质与重金属结合的机理.结果表明:底泥中Pb,cu,zh,Ni,Cr主要以有机结合态和残渣态俘在,两种形态的含量占总量70%以上,Zn和Cd的可交换态和碳酸盐结合态含量相列较高,Zn约占20%,Cd约占30%;Zn,Cu,Cd,Ni,Cr的浸出量均与可交换离子态呈现显著的相关性,因此可通过减小可交换离子态含量控制底泥重金属污染的风险性;研究还表明,有机质与有机结合态呈现显著的正相关,因此增加底泥中有机质含量有助于重金属向有_棚结合态转化,有机质与重金属的结合主要是由于其中-些官能团和重金属形成稳定的络合物.     

九龙江流域典型汇水区地表径流氮磷流失特征分析

选取九龙江流域5个典型汇水区，通过流域主要雨季天然降雨径流过程监测，对所获得的氮磷营养盐的监测数据进行归纳与分析，着重探讨了暴雨事件下径流氮磷流失及其形态的变化规律。结果表明：暴雨事件下农业汇水区地表径流氮输出以水溶态为主，磷以泥沙结合态为主，天然林地为主的汇水区则相反，前者以泥沙结合态为主，后者以水溶态为主；5个汇水区暴雨事件中总氮最高浓度值为日常采样浓度值的2．9～11．3倍，暴雨事件中总磷最高浓度值为日常采样浓度值的2．9～20．5倍；氮磷输出量均值的差异反映氮磷输出量大小受土壤质地、施肥量、土壤氮磷含量、土壤保水保肥性能等因素的综合影响。整个径流过程中水量和氮磷浓度随时间变化幅度较大，且2者变化呈大体相同的趋势。氮磷及其各形态的浓度多数在相同时间内达到峰值。泥沙结合态氮、水溶态磷变化幅度较小，水溶态氮和泥沙结合态磷浓度变化幅度较大。统计各汇水区雨量不同的降雨事件下氮磷流失负荷表明，特大暴雨对汇水区氮磷负荷的贡献非常显著。     

粤东凤凰山茶区土壤氟化学形态特征及其影响因素

采用连续化学提取法对粤东凤凰山茶区12个较大型茶园共60份土壤样品氟的5种化学形态分布进行研究.结果发现,土壤中氟的5种化学形态分布的规律为残余态〉〉铁锰结合态〉有机态〉水溶态〉可交换态.水溶态氟含量与可交换态氟含量、残余态氟含量及总氟含量呈显著正相关性,而铁锰结合态含量与有机束缚态之间呈显著正相关性,残余态与总氟之间...     

腐殖酸对土壤铅赋存形态的影响

通过室内培养试验,深入探讨了不同用量腐殖酸,对铅污染土壤中铅各形态的影响.结果表明,腐殖酸各处理均能显著降低土壤中铅的交换态(EX-),碳酸盐结合态(Cob-)和铁锰氧化物结合态(FeMn-)的含量,而有机结合态(Ob-)铅和残渣态(Res-)铅的含量则显著提高.施用腐殖酸有效地降低了铅的活性,且影响程度随腐殖酸用量的增加而显著增加.腐殖酸对土壤中铅离子的各形态含量随时间的变化的影响表现为,在培养040 d期间,随培养时间的延长交换态铅含量无明显变化,残渣态铅含量显著降低,其它三种形态均呈增加趋势;培养40 d后,随培养时间的延长各形态的含量均无显著变化.综合考虑认为施入10%质量比的腐殖酸即可显著降低铅的活性,从而可达到较好的修复效果.     

2种茶树对铜胁迫的响应及其组织铜化学形态变化的比较研究

为了分析不同茶树对Cu胁迫的生理响应及其组织中不同化学形态Cu的累积特性,本研究采用水培法,探讨铁观音、肉桂2种茶树在不同浓度Cu胁迫下,茶树根系活力、叶绿素含量、茶树组织Cu含量及不同化学形态Cu含量的变化,以期为重金属对茶树毒害机理和茶树对重金属的自我防御研究提供理论依据。结果表明,随着Cu胁迫浓度的增加,茶树根系活力及叶片叶绿素含量呈现下降趋势,而与对照相比,铁观音下降的幅度远高于肉桂。不同茶树品种在相同浓度Cu胁迫下,其根、茎、叶组织的Cu含量差异不显著,而不同组织中则表现为根叶茎。不同化学形态Cu含量分析结果表明,随着Cu胁迫浓度的升高,2种茶树根部可交换态Cu、碳酸盐结合态Cu、有机结合态Cu含量百分比呈现下降趋势,而铁锰氧化态Cu和残留态Cu呈现上升趋势;茎部可交换态Cu、有机结合态Cu含量百分比呈现下降趋势,碳酸盐结合态Cu、铁锰氧化态Cu和残留态Cu呈现上升趋势;叶部可交换态Cu、碳酸盐结合态Cu、有机结合态Cu含量、铁锰氧化态Cu含量的百分比均呈现上升趋势,而残留态Cu呈现下降趋势。进一步分析发现,Cu胁迫下,铁观音茶树根、叶部主要以采取提高有机结合态Cu的形式来降低Cu离子毒害,而肉桂则以提高铁锰氧化态Cu形式降低Cu离子毒害,叶部则以提高铁锰氧化态Cu和残留态Cu的形式降低Cu离子毒害。可见,不同的茶树在Cu胁迫下所表现解毒模式存在着一定的差异。     

金昌市郊农田土壤Cu,Zn,Ni形态分布特征与生物有效性评价

通过野外调查和室内测试分析,研究了金昌市郊农田土壤重金属Cu,Zn和Ni的形态特征,并以麦粒中重金属含量为重点进行了Cu,Zn和Ni的生物有效性评价.结果表明,研究区域土壤重金属Cu和Ni污染严重;Cu的主要存在形态为有机结合态,Zn的主要存在形态为残渣态,而Ni的主要存在形态为潜在可利用态;三种元素的生物有效性大小顺序为NiZnCu.对麦粒中重金属健康风险进行评价反映出麦粒中Ni含量对人体健康风险较大,而Cu和Zn对人体健康风险较小.逐步回归分析结果表明,农田土壤中Cu可交换态和碳酸盐结合态对麦粒中Cu含量贡献最大,而对麦粒吸收Zn和Ni贡献最大的形态分别为Zn的碳酸盐结合态和Ni的可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态和有机结合态.土壤重金属Cu,Zn和Ni各形态分配系数较总量和各形态含量更适合表征本研究区域土壤重金属的生物有效性.     

化学氧化修复对农田土壤和菠菜中多环芳烃含量和组成的影响

采用盆栽实验,研究了过硫酸钠(Na_2S_2O_8)和过氧化氢(H_2O_2)两种氧化剂分别与纳米Fe粉和硫酸亚铁(FeSO_4)两种活化剂结合,以及加入腐殖酸(HA),对多环芳烃(PAHs)的去除,分析了对土壤和菠菜中溶剂可提取态PAHs以及土壤中不同结合态PAHs含量和组成的影响,并分析了波菜中PAHs的毒性当量浓度(BaP_(eq)).结果表明,经过7周修复,对于土壤中溶剂可提取态PAHs,氧化剂剂量为0.2 g·kg~(-1)时,H_2O_2的氧化效果优于Na_2S_2O_8;活化剂剂量为0.448 g·kg~(-1)时,纳米Fe粉的活化效果优于FeSO_4;加入2 g·kg~(-1)HA后PAHs含量有所降低,去除率升高.H_2O_2、纳米Fe粉和HA联合处理后土壤和菠菜中溶剂可提取态PAHs含量均最低,其在土壤中的去除率和菠菜中的减少率均最高,其中土壤中溶剂可提取态PAHs的去除率为36.8%,在菠菜地上部和地下部的减少率分别为45.3%、36.4%.土壤去除率和菠菜减少率中,2环和3环的PAHs高于4环、5环和6环.对于结合态PAHs,经过H_2O_2、纳米Fe粉和HA联合处理后土壤中不同结合态PAHs平均去除率最高,达44.5%.化学处理后,各处理对菠菜的生物量没有影响.H_2O_2、纳米Fe粉和HA联合处理后,菠菜地上部总BaP_(eq)最低.