名山河流域水稻土组分对微团聚体吸附-解吸Hg2+的影响

以名山河流域水稻土为例,通过实验室模拟,采用等温吸附法和NaNO3、HCl溶液解吸法,研究了土壤组分(有机质、游离氧化铁)对原土及各粒径微团聚体吸附-解吸Hg2+的影响。结果表明:1)原土及各粒径微团聚体对Hg2+的吸附量随平衡溶液质量浓度增大而增加,吸附量与阳离子交换量、有机质质量比、游离氧化铁质量比呈极显著正相关(R2=0.9746~0.9836);Langmuir方程拟合效果最佳,达到显著水平(R2=0.9988~0.9996);分布系数Kd值与Hg2+初始质量浓度呈负相关;2)去除土壤组分后,原土及各粒径微团聚体对Hg2+的吸附量均有所减少,吸附减少量与有机质和游离氧化铁去除率呈显著正相关(R2=0.9960,R2=0.9468);3)原土及各粒径微团聚体对Hg2+的解吸率随吸附量增加而增加,并且以专性吸附的解吸为主,其解吸率在50%左右;去除各土壤组分后,原土及各粒径微团聚体对Hg2+的非专性吸附的解吸率增加,专性吸附的解吸率降低,土壤中Hg2+的流动性更大,对流域内地下水、土壤生物及作物的潜在威胁增大。     

水稻土壤组分去除有机质和游离氧化铁后对As5+吸附解吸特征的影响

采用平衡液吸附法、NaCl解吸剂解吸法研究了名山河流域水稻土原土及各粒径组分去除有机质和游离氧化铁后对砷(As~(5+))的吸附解吸特性,同时运用热力学和动力学方法,研究了去除有机质、游离氧化铁后的土壤微团聚体(0.25~2 mm、0.053~0.25 mm、0.002~0.053 mm、0.002 mm)对砷(As~(5+))的吸附解吸过程。结果表明:1)同时去除有机质和游离氧化铁后,水稻土原土及各粒径组分对砷(As~(5+))的吸附量有所减小,吸附量从大到小依次为(0.002 mm)、0.002~0.053 mm、原土、0.25~2 mm、0.053~0.25 mm。砷(As~(5+))的动力学吸附量随时间延长而逐渐降低,60 min内反应迅速,在600min达到吸附动态平衡,动力学吸附以Elovich方程拟合最佳;2)等温吸附量随砷(As~(5+))的初始质量浓度增加逐渐增加,初始质量浓度0~100 mg/L时反应快速,在砷(As~(5+))初始质量浓度达到160 mg/L时吸附趋于饱和,等温吸附以Freundlich方程拟合最佳;3)易解吸量随时间和浓度的增加而增加,易解吸率顺序与吸附量顺序相反,易解吸率也随着有机质、游离氧化铁含量的减少而增加;4)去除土壤中的有机质、游离氧化铁后,砷的吸附减少量随时间和浓度增加而增加,吸附减少量与有机质、游离氧化铁去除量呈正比。     

两种有机酸对茶园土微团聚体等温吸附锌的影响

为了明确茶园紫色土Zn容量及潜在污染状况,利用虹吸沉降和离心冻融法进行批量培养,研究区域土壤及不同粒径微团聚体等温吸附Zn~(2+)的水平,以及去除有机质和外源添加柠檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)对吸附的影响。结果表明:1)以专性吸附为主的多层吸附随Zn~(2+)质量浓度增至200 mg/L总体接近饱和,吸附量从大到小依次为0.002 mm、0.002~0.05 mm、原土、0.25~2 mm、0.05~0.25 mm,游离Zn~(2+)向较小粒径富集趋势明显,去除有机质弱化了微团聚体的吸附能力;2)吸附过程为自发吸热反应,热力学Freundlich方程(R2=0.9722~0.9995)整体拟合水平优于Langmiur方程(R2=0.9505~0.9987),土壤吸附能力与有机质、游离氧化铁、CEC呈正相关;3)两种有机酸均以0.1 mmol/L为阈值,随浓度增加均表现为低浓度增强Zn~(2+)积累、高浓度加快迁移,最大吸附量呈"峰形"变化,有机酸浓度"峰值"在去除有机质后增大到1 mmol/L;在未去除有机质土壤及结构单元中,EDTA对Zn~(2+)的释放能力更优,柠檬酸能更好地吸持,大粒径微团聚体0.25~2 mm及原土随有机酸浓度变化吸附量差异明显;去除有机质使两种有机酸促进及抑制功能削弱明显。     

名山河流域黄壤无机纳米微粒对钙的吸附解吸特征

以名山河流域老冲积黄壤无机纳米微粒为对象,从纳米尺度分析钙的吸附解吸机制对土壤养分状况的影响,并采用等温吸附法和静态解吸法,比较不同土地利用方式下钙的吸附解吸特征差异.结果表明:1)不同土地利用方式土壤无机纳米微粒对钙的吸附解吸量均随钙质量浓度增加而增加,在低质量浓度范围内吸附量增加较快,在高质量浓度范围内增加趋缓,不同土地利用方式下钙的吸附能力从高到低为水田(2 580.69 mg/kg)、茶园(2 452.30 mg/kg)、旱地(1 935.10mg/ks)、林地(1 867.36mg/kg)、果园(1 520.65 mg/kg),土壤无机纳米微粒对钙的解吸率从大到小为果园、林地、旱地、茶园、水田,且解吸率随外加钙质量浓度增加而增大;2)去除土壤组分(有机质、游离氧化铁)后,无机纳米微粒对钙的吸附量及解吸量均有所增加,5种土地利用方式吸附增加量从大到小为水田、旱地、茶园、林地、果园;3)去除土壤组分前后,无机纳米微粒对钙的等温吸附均以Freundlich方程拟合效果最佳,相关系数在0.954 5～0.989 0,达到极显著水平,Langmuir方程与Temkin方程拟合效果不佳.研究表明,钙离子以非专性吸附为主,专性吸附为辅,有机质和游离氧化铁的存在会阻碍土壤对钙的吸附及解吸.     

水热合成类水滑石/生物炭对镉的吸附和稳定化性能

为提高类水滑石(LDH)对镉(Cd)的吸附能力并考察类水滑石/生物炭复合材料(LDH/BC)在土壤中对镉的稳定化性能,以经KOH活化的稻壳生物炭(BC)为载体,采用水热法和共沉淀法制备LDH/BC,以研究不同复合方式及BC复合量对LDH吸附能力的影响.对经优化制备的LDH/BC在不同Cd2+质量浓度、pH值和反应时间下的吸附特性进行考察,以阐明吸附机理并初步在土壤中验证钝化效果.结果表明:通过水热法制备的LDH(h)/BC0.25对Cd2+吸附性能出色,其中BC添加量为0.25 g.当Cd2+初始质量浓度为160 mg/L 时,LDH(h)/BC0.25对 Cd2+吸附量最大(150.15 mg/g)且吸附反应有较宽的pH值范围.LDH(h)/BC0.25在1 h内可迅速吸附Cd2+,在3 h后吸附达到饱和.动力学过程与拟二级动力学方程拟合程度较高,表明吸附过程主要为化学吸附.同时,XPS结果表明,Cd2+可能以CdCO3、Cd(OH)2、CdClOH的形式存在或Cd2+可能通过与含氧官能团的络合作用吸附在LDH(h)/BC0.25表面.此外,对镉污染土壤施加质量分数为6％的LDH(h)/BC0.25并处理14 d后,土壤中酸溶态镉向残渣态转化,镉形态更加稳定.     

重金属在污泥长期施用土壤-作物系统的累积状况及淋溶特性

污泥农用导致的相关环境风险和粮食安全问题不容忽视。连续3 a向酸性黄壤(S1)和石灰性土(S2)中施加低污染(W1)和高污染(W2)污泥,通过盆栽试验和淋溶试验研究了污泥长期农用条件下Zn、Cd、As、Cr对土壤、作物和水体的环境风险。结果表明:1)施用污泥后Zn和Cd在石灰性土中的累积速率均高于酸性黄壤;2)施加高污染污泥后,重金属在玉米、小麦、菠菜等农作物可食部分的累积量均高于施加低污染污泥的处理;3)在污泥连续施用条件下,玉米对重金属累积量不显著,小麦和菠菜的累积量则较高(如小麦籽粒Cd、Zn、As质量比分别为0.09~0.16 mg/kg、64.99~103.45 mg/kg和0.22~0.4 mg/kg,菠菜对应值分别为0.10~0.44 mg/kg、5.19~36.73 mg/kg和0.02~0.11 mg/kg),大部分超过国家食品安全标准(GB/T5009.36—2003)相关限定值;4)随淋溶次数增加,各处理组淋溶水中重金属的迁移速率逐渐降低并趋于稳定,但黄壤+高污染污泥处理组中Zn、Cd、As和Cr的释放率(分别为0.83%、1.67%、0.56%和0.32%)高于对应的石灰性土+高污染污泥处理组(分别为0.69%、1.16%、0.41%和0.28%),表明重金属在黄壤中相对石灰性土壤中更易向水体迁移,存在较大的环境安全风险。     

木莲木屑去除溶液中重金属的研究

采用批量实验方法并引入23析因实验设计,研究NaOH预处理的木莲(manglietia fordiana)木屑去除水体中的铜、铅、镉的能力及特性,并通过分析pH、初始重金属浓度、吸附剂投入量对吸附的影响来探寻最佳吸附条件。研究结果表明,木莲木屑表面具有丰富的活性基团如羟基、氨基、羧基等,可能是其与重金属离子进行离子交换的主要作用位点;它对单金属溶液中Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附能力强,在pH 5、初始重金属浓度1.574 mmol/L、木屑投入量10 g/L(+,+,-)的条件下达到最大吸附量,分别为0.262 0,0.263 6和0.216 6 mmol/g;木莲木屑成本低、量大、易获取、去除能力高,对Cu2+、Pb2+和Cd2+具有较好的吸附特性,为其进一步在重金属废水处理中的应用提供基础数据。     

土壤矿质胶体对镉的吸附-解吸热力学与动力学研究

通过等温吸附-解吸热力学与动力学实验,研究了土壤胶体对镉的吸持特性.结果表明,吸附等温线拟合以Freundlich方程最优,其次是Langmuir方程.按对镉的吸附量由大到小顺序胶体依次是:紫色土矿质胶体(8 216.34 mg/kg)、黄壤矿质胶体(6 468.11 mg/kg)、紫色土去铁矿质胶体(4 963.13 mg/kg)和黄壤去铁矿质胶体(2 342.83mg/kg).而吸附强度则相反,按解吸率大小胶体依次是:紫色土去铁矿质胶体(8.7%～33.9%)、黄壤去铁矿质胶体(2.2%～25.4%)、紫色土矿质胶体(6.8%～18.9%)和黄壤矿质胶体(0.6%～17.7%).由动力学实验得出:土壤矿质胶体对镉的等温吸附-解吸过程分为开始时的快速反应阶段和随后的慢速反应阶段,吸附和解吸过程中两阶段划分时间点分别为4 h和12 h,动力学过程以双常数方程描述最佳.     

湖南省3种主要类型水稻土对镉、铜的吸附-解吸特性研究

为比较不同水稻土中镉铜元素化学行为的差异,采用振荡平衡法,通过室内恒温吸附解吸试验,研究了湖南省3种水稻土(红黄泥、灰泥和河沙泥)对镉、铜单一元素以及两元素交互作用下的恒温吸附和解吸规律.结果表明,单一体系下,灰泥对镉、铜的吸附量均大于红黄泥和河沙泥;红黄泥和河沙泥对镉的解吸率大于灰泥;红黄泥对铜的解吸率大于河沙泥大于灰泥;红黄泥和河沙泥镉、铜的吸附值以Freundlich方程拟合性最好,灰泥镉、铜的吸附值Langmuir方程拟合度最高;同一种土壤铜的吸附量均大于镉的吸附量,而解吸率相反.在竞争体系下,3种土壤中铜的存在使镉的吸附量显著减小,且铜对镉的影响作用随土壤pH值的增加而增强,镉的存在对铜的吸附量影响不大.     

Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)在胡敏酸上的吸附和竞争吸附

研究了金属离子Pb2+、Cu2+、Cd2+在胡敏酸上的单一吸附和两两组分竞争吸附.结果表明,总体胡敏酸对Cu2+、Pb2+的吸附明显强于Cd2+.Freundlich方程对Pb2+、Cd2+单一金属离子吸附等温线的拟合呈极显著关系,Langmuir方程为胡敏酸吸附Cu2+的最佳拟合方程.Pb2+、Cu2+、Cd2+的两两组分竞争吸附表明,胡敏酸对3种离子均具有"选择性吸附",竞争能力从大到小依次为Pb2+、Cu2+、Cd2+.     

贵州典型酸性黄壤中3种叶菜类蔬菜对Cd累积特性及低累积品种筛选

采用盆栽试验法,研究了酸性黄壤中3种叶菜类蔬菜作物——苋菜、油菜和芹菜的12个品种(每种蔬菜有4个供试品种)对重金属Cd的吸收差异,并通过聚类分析和作物对Cd富集规律的探讨,筛选出对Cd的低累积品种。结果表明,随土壤Cd添加量增加冠一青梗菜、四季小香芹及圆叶白苋菜生物量变化不显著。3种叶菜类蔬菜对Cd的富集能力从大到小依次为苋菜、油菜、芹菜。对于3种供试蔬菜的不同品种对Cd的累积水平,苋菜从大到小的顺序为大圆叶红苋菜、圆叶白苋菜、圆叶淡黄白苋菜、红圆叶苋菜,油菜为五月慢、宝竹青梗菜、紫冠一号、冠一青梗菜,芹菜为黄苗实芹、荷兰红芹、四季小香芹、津南实芹王。聚类分析表明,四季小香芹、荷兰红芹及津南实芹王为Cd低累积类群,五月慢、红圆叶苋菜、圆叶淡黄白苋菜、圆叶白苋菜、大圆叶红苋菜为Cd高累积类群,其他品种均为Cd中累积类群。3组处理(对照组、低质量比、高质量比)中,苋菜的4个品种和五月慢对Cd的富集系数大于1,芹菜的4个品种和冠一青梗菜对Cd的富集系数则小于1,宝竹青梗菜和紫冠一号仅在高Cd质量比处理时富集系数大于1。初步筛选出四季小香芹为Cd低累积叶菜类蔬菜品种。     

基于经典扩散模型不同粒径粒煤瓦斯扩散特征实验研究

为了获取多尺度粒煤在不同初始吸附平衡压力条件下的甲烷扩散特征，完成了0.25～1.00 mm，＞1.00～3.00 mm，＞3.00～6.00 mm和＞6.00～10.00 mm这4种粒径粒煤在1.0 和3.0 MPa初始吸附平衡压力下的甲烷扩散实验，并考察了经典扩散模型对各实验在0～10 min，0～60 min，0～180 min时间段的扩散拟合效果。研究结果表明:同实验时间，扩散率表现为随着粒径的减小呈增大趋势，0.25～1.00 mm相较＞6.00～10.00 mm粒径粒煤最大增大了73%；经典扩散模型不适用于描述甲烷在粒煤中的全阶段扩散，粒径越小拟合精度越低，仅对于初始扩散阶段（0～10 min）拟合效果较好；同初始吸附平衡压力，初始扩散系数D值随着粒径的增大呈递增趋势，＞6.00～10.00 mm相较0.25～1.00 mm粒煤扩散系数增大至7倍。不同尺度粒煤的瓦斯扩散特征，为煤层气达产、稳产、增产提供了储层改造方向。     

宁波市浙贝母主产地土壤重金属形态分析及污染评价

为了解宁波浙贝母种植地土壤重金属分布特征,采用ICPAES测定了章水镇种质资源圃土壤Cd、Pb、Cu、Ni、Cr和Zn质量比,用Hkanson潜在生态风险指数法评价重金属的生态风险,BCR连续提取法分析其分布形态。结果表明,土壤中重金属元素总量从大到小排序为Zn、Cr、Pb、Cu、Ni、Cd,其中Cd富集程度最高,平均质量比为背景值的8倍左右,超过国家二级土壤标准。Eir指数表明,Cd的潜在风险指数也最高,75%区域处于很高或高潜在生态风险;RI指数表明,90%区域处于高潜在生态风险或中潜在生态风险。土壤中重金属均以残渣态为主,但Zn的弱酸提取态、Cu的可氧化态比例相对较高,Cd的3种可提取态相加接近45%,具有高潜在危害性。相关性分析表明,Cu和Zn、Cr和Ni,以及Cu和Cd重金属的来源具有相似性,且不同形态重金属之间可能会发生迁移转化。p H值与各种重金属的形态之间不存在明显的相关关系,有机质对重金属化学形态的影响因重金属种类不同而有差异。     

工业区土壤和农产品镉污染状况及暴露评估

以某铅锌冶炼厂周边为研究区域,网格法采集30个表层(0～10 cm)土壤样品,对应采集46个粮食样品和69个蔬菜样品,用ICP-MS测定镉质量比。运用普通克里格法(Ordinary Krigging)预测研究区域内土壤镉质量比的空间分布,结合单因子污染指数评价土壤的镉污染级别。通过分析粮食和蔬菜的镉质量比,评估其食用安全性以及受调查居民镉的膳食暴露风险。结果表明:1)距离铅锌冶炼厂1 000m范围,或东南侧(下风向)3 000 m内土壤中镉质量比大于0.65mg.kg-1;2)研究区域土壤中镉单因子污染指数超过了警戒线(P≥1.0),个别区域受到严重污染(P=4.7);3)土壤与小麦籽粒镉质量比存在极显著正相关关系(r=0.889,p<0.01),粮食样品镉质量比超过限量标准(GB 2762—2005)的占52.2%,蔬菜样品为8.7%;4)仅以粮食和蔬菜摄入估计的THQ=0.79,对于普通人群来说,小麦、蔬菜和大豆摄入对每日镉摄入量的贡献率分别为85.1%、12.9%和2.0%。研究区域土壤2/3以上面积受到镉污染,土壤可能是小麦籽粒镉的来源之一。当地受调查人群若长期食用该地区种植的农产品,镉的膳食暴露风险在可接受的范围内,其中,小麦对镉摄入贡献最大。     

滇池疏浚底泥中重金属对蔬菜种植生态安全的影响

滇池疏浚底泥富含蔬菜需求的营养成分,农用可提高土壤保水肥能力,改良土壤的适耕性,有利于植物的生长发育,有一定的增产效果,但可能存在重金属污染问题。通过底泥试验及加入石灰钝化试验,对生菜、白菜、棒菜和萝卜4种蔬菜施用疏浚底泥作为有机肥进行种植,分析底泥农用后其重金属对蔬菜的影响,并进行风险评价。结果表明,盆栽试验中,底泥施用量控制在5%(0.05 kg/kg)内且加入石灰改良后,蔬菜中Cu和Cd含量显著降低,但对Pb、Zn效果不明显。叶菜类蔬菜(生菜、白菜、棒菜)重金属富集能力(BCF)从大到小均表现为Cd、Pb、Zn、Cu,而块茎类萝卜BCF表现为Cd、Zn、Pb、Cu。研究表明,化学致癌物Cd与非化学致癌物Pb、Zn、Cu引起的健康风险均在终身可接受风险水平。     

水稻籽粒镉积累模型

通过文献调研与分析,建立了水稻籽粒镉含量(CdR,mg/kg)与土壤全镉含量(CdT,mg/kg)、pH值及有机质含量(SOM,g/kg)关系的统计模型:CdR=0.560 exp[0.995 log(CdT)-0.173 pH 0.018 SOM](决定系数R2=0.62,P＜0.001,n=156).相关分析和残差分析结果表明,该模型具有较好的解释性,可用于水稻籽粒镉含量的估算.     

新疆某石化污水库周边土壤对锶的吸附特征研究

以新疆某石化污水库周边土壤为例,采用静态吸附试验法研究土壤对Sr2+的吸附特征。通过单因素法研究初始pH值、反应温度、离子强度、时间、Sr2+初始质量浓度等因素对土壤吸附Sr2+的影响,并对吸附机理进行了初步探讨。结果表明,供试土壤对Sr2+有较强的吸附能力,溶液pH值对土壤吸附Sr2+的影响较显著。在3 h左右供试土壤对Sr2+的吸附量达到最大值,3 h后吸附量略有下降,并逐渐稳定。供试土壤对Sr2+的吸附量随溶液离子强度的增加而减小;但当离子浓度大于0.2 mol/L时,土壤对Sr2+的吸附量又呈增加趋势。试验数据拟合结果表明,供试土壤对Sr2+的吸附符合Henry和Fre-undlich方程;在吸附3 h内供试土壤对Sr2+吸附基本可以用一级动力学方程描述。     

西辽河不同粒级沉积物对重金属镉的富集特征

为估算随泥沙颗粒迁移的重金属镉(Cd)的质量分数,采用平衡吸附法研究了西辽河不同粒级沉积物对Cd的富集特征。结果表明,不同粒级沉积物对Cd的富集系数从大到小依次为黏粒(6.65)、粉粒(4.13)、细砂(0.92)、粗砂(0.90)。黏粒级沉积物对Cd属于重度富集,粉粒级沉积物对Cd属于中度富集。其原因有二:细粒级沉积物中腐殖质含量明显高于粗粒级;细粒级沉积物中稳结态腐殖质比例较高,稳结态腐殖质的腐殖酸组成以胡敏酸为主,胡敏酸在复合体表面形成了S-HA-Cd三元配合物,增加了黏土矿物表面吸附位。西辽河沉积物在汛期黏粒级和粉粒级冲泻质泥沙所携载的吸附态镉质量分数可分别按沉积物原样的6.65和4.13倍估算。