海泡石及其复配原位修复镉污染稻田

以天然黏土海泡石作为钝化材料,并分别与磷肥、生物炭和硅肥复配,在湖南某镉污染的酸性水稻田进行原位修复示范实验,考察海泡石及其复配对稻谷产量、糙米镉含量及土壤中镉的有效态含量及形态分布变化用以表征修复效果;研究了海泡石及其复配对土壤pH、土壤碱解氮、有效磷含量以表征其对土壤环境质量的影响,并对各项理化指标之间的相关性进行分析。结果表明,田间示范条件下海泡石及其复配均降低了土壤中镉的生物有效性,明显降低了糙米中镉含量。其中海泡石磷肥复配和海泡石硅肥复配处理后,糙米镉含量最大降幅约为72.7%,分别降低至0.33和0.34 mg/kg。海泡石及其复配处理均能不同程度增加土壤中碱解氮及有效磷含量,对于作物生长有益。综合总体表现,海泡石磷肥复配、海泡石硅肥复配可被推荐作为镉污染酸性稻田的原位钝化修复材料,具有推广应用的潜力。     

淹水条件下蚕沙复配材料对酸性水稻土中镉铅钝化的影响

通过室内淹水土培实验,研究蚕沙配施蚕沙炭、膨润土、腐殖质钾和泥炭对酸性水稻土中镉(Cd)、铅(Pb)的钝化效果,从土壤pH、有机质、有效态Fe、Mn含量变化初步探析蚕沙复配材料对镉、铅的钝化机制。结果表明,蚕沙复配材料均不同程度地提高了土壤pH和有机质含量,有效态Cd、Pb的含量随着淹水时间的延长都有不同程度的降低。培养28d后,与对照相比,添加了蚕沙+蚕沙炭(CB)、蚕沙+腐殖质钾(CF)、蚕沙+蚕沙炭+腐殖质钾(CBF)、蚕沙+泥炭(CN)处理的土壤有效态Cd分别降低了16.07%、15.51%、11.08%、7.76%,有效态Pb则降低了32.54%、27.12%、37.72%、42.31%。其中蚕沙+蚕沙炭(CB)对镉的钝化效果最好,蚕沙+泥炭(CN)处理对铅的钝化效果最好,综合来看,CB和CN处理同时对镉铅有很好的钝化效果,可以作为镉铅复合污染土壤的修复材料。相关分析结果显示,土壤的pH、有机质与有效态Cd、Pb含量均呈显著负相关关系,表明蚕沙复配材料对土壤中镉、铅的钝化作用可以通过提高土壤的pH、有机质含量来实现。     

磷回收产物对土壤中铜的原位修复作用

以鸟粪石形式回收废水中磷酸盐并将其应用于土壤中铜的钝化,通过测定土壤中pH、铜有效态含量和各形态铜含量等以考察磷回收产物(PRP材料)对土壤重金属铜的钝化修复能力,并用SEM/EDS和XRD等表征手段来揭示其修复机理。实验结果表明,PRP材料的主要成分为负载有鸟粪石的人造沸石;在15%PRP材料的投加比例下,土壤的pH增加了0.47个单位,土壤中铜有效态含量减少了50.4%,可交换态含量降低了49.4%,残渣态增加至2.1倍,一定程度上降低了铜在土壤中的生物活性;PRP材料对土壤中重金属Cu的钝化机制主要为吸附和沉淀的协同作用。     

矿物材料对Cd污染土壤中Cd的钝化效果

采用土壤培养实验,研究了海泡石、钙基膨润土、钠基膨润土、汉白玉和石灰5种矿物材料在3个添加量下对Cd污染土壤p H和CEC、Cd植物有效性、浸出毒性和生物可给性以及Cd形态分布的影响。结果表明:几种矿物材料均可显著提高土壤p H和CEC。与对照相比,添加几种矿物材料后土壤p H提高0.46~1.15个单位,CEC增加5.8%~39.3%,其提高幅度随添加量的增加而增大。添加矿物材料显著降低土壤Cd的植物有效性(DTPA-Cd)、浸出毒性(TCLP-Cd)和生物可给性(SBET-Cd),且DTPA-Cd、TCLP-Cd和SBET-Cd含量的降低比例分别为9.4%~27.5%、6.4%~23.8%和7.7%~20.5%。添加几种矿物材料后,土壤中酸提取态Cd含量显著降低,残渣态Cd含量显著增加,可还原态和可氧化态Cd含量无明显变化。与对照相比,土壤酸提取态Cd含量降低6.2%~31.4%,残渣态Cd含量增加2.8%~9.7%。几种矿物材料中,海泡石和汉白玉对土壤Cd钝化效果相当,且优于其他矿物材料。     

钝化材料复配对土壤Cd生物有效性的影响

为了得到效果好的复配钝化材料,采用正交设计,通过培养实验探讨生物炭、粉煤灰、汉白玉3种钝化材料不同复配方式对土壤pH的影响和对镉(Cd)的钝化效果,从中筛选出6种效果较好的复配方式,并以小白菜为供试植物,通过盆栽实验和大田实验探讨了钝化材料复配对土壤Cd生物有效性的影响。结果表明:3种钝化材料不同复配方式均能显著提高土壤pH,降低土壤有效Cd含量,统计分析发现钝化材料复配过程中对Cd降幅的影响表现为汉白玉粉煤灰生物炭。钝化材料添加后,盆栽和大田条件下小白菜可食部位Cd含量均显著降低,综合2种实验条件下小白菜生物量和可食部位Cd含量的变化,1.5%生物炭+1.5%粉煤灰+0.5%汉白玉、1%生物炭+0.5%粉煤灰+1%汉白玉2种复配方式效果最好。     

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。     

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。     

生物炭基调理剂对水稻镉吸收的影响

以木质生物炭为基础,与沸石、石灰石、磷酸钙等混配制生物炭基调理剂,并用于镉污染稻田。通过田间水稻栽培实验,探讨该生物炭基调理剂的合适配比及应用效果。按照DTPA浸提法分析土壤中有效态镉含量,按HNO_3-HCLO_4消化法测定水稻植株中镉的含量。结果表明:随木炭用量增加,土壤中有效态镉减少,施用0.48 kg·m~(-2)木炭时降幅高达23.87%。施用不同配比炭基调理剂实验中,木炭:石灰石:沸石:磷酸钙=4:1:1:1时对土壤中有效态镉的钝化效果最好,达到36.42%。水稻根、茎累积镉量高于叶、壳、糙米,并且稻米中镉含量与栽培后期50 d土壤中有效态镉含量高度相关,相关系数为0.921 6(P0.05)。     

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。     

改性硅酸钙对Cd2+的吸附性能及其对Cd污染土壤的修复潜力

通过吸附-解吸实验和土柱淋溶实验,研究了改性硅酸钙对镉(Cd~(2+))的吸附性能及对Cd污染土壤的钝化效果。结果表明,改性硅酸钙对Cd~(2+)有较强的吸附能力,其吸附平衡时间在60 min左右,对溶液pH有较宽的适应范围,且当pH呈中性时,对Cd~(2+)的吸附效果最好。由Langmuir模型拟合结果可知,改性硅酸钙对Cd~(2+)的饱和吸附容量可达441.55 mg·g-1。改性硅酸钙对Cd~(2+)有较好的吸附稳定性,适合用于Cd污染土壤的修复。土柱淋溶实验表明,改性硅酸钙对Cd污染土壤的钝化效果明显,不仅降低淋溶液Cd~(2+)含量,使淋溶液Cd~(2+)累积量显著降低47.01%,还使土壤CaCl2-Cd浓度显著降低94.4%,并促使土壤易溶态Cd向难溶态Cd转变。     

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。     

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。     

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。     

改良剂对重金属复合污染土壤的修复效果

为揭示不同改良剂及其联合施用对重金属复合污染土壤的修复效果,采用室内土壤培养实验和室外盆栽实验相结合,研究不同施用量(10和20 g·kg~(-1))的蛭石(A)、泥炭(B)和骨粉(C)以及两两组合施用下,改良剂对土壤重金属DT-PA有效态、植物(以空心菜为例)生物量、株高以及植物可食部重金属含量的影响。结果表明:不同处理条件下的土壤p H值的提升与空白对照相比变化不显著;单施2%泥炭对土壤重金属Cu、Zn的钝化效果优于其他处理组,相对空白对照组,在第42天2种金属有效态含量分别降低了57.65%和65.55%,而1%蛭石和1%骨粉的混合添加能有效降低土壤中有效态Cd含量,相对空白对照组在第42天有效态Cd含量降低了40.52%;3种改良剂单施和混施对空心菜均具有增产增收的显著效果,且混施改良剂对空心菜增产效果较好;各处理组中空心菜体内Cu、Zn和Cd含量均有显著的降低,其中2%泥炭、1%蛭石+1%泥炭和1%蛭石+1%骨粉处理组分别对空心菜体内Cu、Zn和Cd含量降低效果最好,相对空白对照组分别降低了75.39%、70.75%和75.42%。因此,在该污染类型土壤泥炭、蛭石+泥炭和蛭石+骨粉分别对空心菜吸收土壤中的Cu、Zn和Cd具有较好的阻控效果。     

天然矿物组合材料渗透反应墙修复地下水镉污染

实验模拟地下环境,以天然矿物材料石灰石、海泡石和膨润土作为可渗透反应墙(PRB)填充材料,采用正交实验法设计了16种可渗透反应器,研究了天然矿物组合材料组配对污染地下水模拟液中镉污染的修复效果、出水pH、有效孔隙度和渗透系数的影响,同时对机理进行了分析。实验结果显示,组合材料对镉去除率达99.8%以上,石灰石对处理效果贡献最大,增加石灰石用量,处理效果明显改善,当石灰石含量为10%及更高时,对含镉1.0 mg/L的污染地下水模拟液处理后镉浓度低于0.7μg/L,达到地下水质量标准GB/T 14848-93规定的II类水质标准;石灰石用量的增加对渗透系数影响不大,但出水pH呈弱碱性(7pH9),随反应时间延长逐渐降低并稳定于8。增加海泡石和膨润土用量对处理效果改善作用不大,但显著降低体系渗透系数,影响透水性。以正交实验直观分析法计算得到修复效果最优的PRB填充材料组配为石灰石/海泡石/膨润土=20/10/2(质量分数)。     

降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤稳定性的影响研究

通过模拟加速老化实验和土柱淋溶实验，探究降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤效果稳定性的影响。结果表明：模拟降雨加速老化对土壤中有效镉含量的影响不显著，但是加速老化12 a后，土壤中有效铅由(2.74±0.35) mg/kg增加到(3.66±0.39) mg/kg(模拟自然降雨)和(3.59±0.19) mg/kg(模拟酸雨)。在添加磷基材料的土壤中，模拟降雨加速老化后，镉和铅有效性变化不显著。在土柱淋溶实验体系中，模拟4个月降雨当量的酸雨淋溶后，所有处理组的滤出液镉离子和铅离子始终低于0.1μg/L。对照组的表层(0～5 cm)土壤pH显著低于其他剖面层；不同剖面层土壤的镉、铅有效性和赋存形态变化较小，5～10 cm剖面层土壤的酸可溶态镉比例高于表层土壤。在添加磷基材料F、F700的处理组中，土壤pH、镉和铅的有效性与赋存形态在垂向上大多不存在显著差异，但底层(10～15 cm)土壤的酸可溶态镉和铅比例高于其他剖面层。综上所述，磷基材料能够有效固持土壤中镉和铅，削减降雨对重金属的活化-释放作用。     

添加天然沸石和石灰对土壤镉形态转化的影响

采用土壤培养实验,研究镉污染土壤中添加沸石、石灰及两者配施对土壤pH值和土壤镉形态变化的影响。结果表明,土壤pH值随沸石用量的增加而增加,随培养时间呈现先增加后下降并逐渐趋于稳定的趋势,但均高于对照。高剂量石灰的处理对土壤pH的影响最大,与对照相比土壤pH提高了3.33个单位。在土壤5~50 d培养过程中,石灰处理的土壤交换态镉含量呈现先逐渐降低而后略有升高的趋势,其余处理均呈下降趋势。培养50 d后,高剂量的沸石、石灰及高剂量沸石与石灰配施处理的土壤交换态镉含量从5 d时的67.54、61.95和55.56 mg/kg降低至54.65、49.93和45.96mg/kg。相关分析表明,不同培养时期交换态镉含量与土壤pH值呈负相关关系。在10个处理中,L2Z3(石灰2 g/kg土和沸石60 g/kg土)组合处理效果最好,使土壤交换态镉含量下降了34.68%,碳酸盐结合态镉含量上升了4.30%,铁锰氧化结合态镉含量上升了16.97%,有机结合态镉含量上升了1.31%,残渣态镉含量上升了12.11%。     

胡敏素-赤铁矿复合物对外源添加镉污染富硒土壤的钝化

以本地富硒土壤提取的胡敏素(humin,HM)、制备的赤铁矿(hematite,α-Fe_2O_3)和胡敏素-赤铁矿复合物(HM-α-Fe_2O_3)作为钝化剂,对富硒土壤中的镉(Cd)进行钝化研究。结果表明,有效态Cd浓度与pH呈显著负相关(r=-0.729)(0.01P0.05)。与空白对照组(CK)处理对比,添加3种不同水平用量的HM(H1～H3),α-Fe_2O_3(F1～F3)和HM-α-Fe_2O_3 [(F-H)1～(F-H)3]处理并培养60 d后,土壤中有效Cd浓度分别降低14.21%～22.96%、21.25%～37.55%和13.45%～27.75%;可交换态Cd的浓度分别降低17.77%～23.34%、33.93%～45.39%和18.56%～22.07%。比较不同钝化剂的钝化效果,发现单独钝化剂中最佳处理组为F2(20 d),有效态Cd浓度的降低幅度最大(37.55%),但施加量也最大,易导致土壤碱性化;HM钝化剂在5 d达到最佳效果(H2);HM-α-Fe_2O_3中最佳处理组为(F-H)3(60 d),有效态Cd浓度的降低量与钝化剂用量、钝化时间都呈极显著正相关(r=0.631,0.428)(P0.01),说明其钝化效果与钝化剂用量、钝化时间呈现较好的线性增长关系,施用率低且效果明显。因此,HM适用于短期修复,而HM-α-Fe_2O_3适用于长期修复。HM与α-Fe_2O_3复合应用为充分利用土壤腐殖质和控制重金属流动性提供了新途径。     

氮素形态对烟草根际镉的有效性及镉吸收的影响

采用盆栽实验,研究了不同氮素形态对酸性紫色土和中性紫色土中烟草根际有效镉含量及烟草吸收镉的影响。结果表明,氮素形态对烟草根际有效镉含量的影响不显著,但铵态氮(AN)和铵态氮+硝化抑制剂双氰胺(AN+DCD)使非根际有效镉含量显著提高。2种土壤中,烟草的生物量均以AN+DCD处理最高;烟草地上部镉含量在酸性紫色土中以硝态氮(NN)处理最高,中性紫色土中则以AN+DCD处理最高;烟草地上部镉累积量均以AN+DCD和AN+NN处理最高。从植物修复角度,2种土壤宜以铵态氮与硝态氮混合或铵态氮与双氰胺混合方式施用。     

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。