螯合型表面活性剂对Pb-Zn复合污染土壤的洗脱效果

为了探究螯合型表面活性剂对重金属污染土壤的洗脱效果,通过室内模拟试验,采用振荡洗脱法研究了新型螯合型表面活性剂LED3A(N-十二酰基乙二胺三乙酸钠盐)对Pb-Zn复合污染土壤的洗脱作用,并重点分析了洗脱时间、ρ(LED3A)、洗脱温度等因素对洗脱效果的影响. 结果表明:室温下LED3A洗脱Pb-Zn复合污染土壤的最佳质量浓度为7.0 g/L、洗脱时间为7.0 h. 洗脱平衡时间随ρ(LED3A)的增加而缩短,洗脱过程符合准二级动力学模型;孔隙扩散为LED3A对Pb和Zn洗脱速率的控制过程,但内扩散并非唯一的洗脱速率控制机制. 等温平衡洗脱试验结果显示,洗脱温度升高有利于LED3A配位污染土壤中的Pb和Zn,LED3A对重金属的洗脱过程为吸热过程. Pb、Zn的BCR形态分级结果显示,LED3A对酸可提取态Pb、Zn的去除率最大,分别达到79.87%、72.51%;氧化物结合态、有机结合态、残余态Pb的去除率分别为31.82%、18.83%、2.30%,相应形态Zn的去除率分别为21.81%、17.60%、26.22%;对比洗脱前、后土壤中重金属的形态分布可知,最易释放和被生物利用的酸可提取态Pb和Zn的质量分数所占比例明显降低,不易或不能被生物利用的氧化物结合态、有机结合态和残余态Pb和Zn的质量分数所占比例明显增加. 研究显示,LED3A洗脱不仅能够去除污染土壤中一定量的重金属,同时可降低污染土壤中重金属对环境的潜在危害,而且不会产生二次污染.      

盐沼植物翅碱蓬根际沉积物常见重金属分布及生物可利用性

翅碱蓬（Suaeda heteroptera）根际沉积物中四种常见重金属（Cu、Zn、Pb和cd）的总量次序为Zn〉Pb〉Cu〉Cd,且随潮滩变化明显。重金属总量在根际沉积物中高于非根际沉积物,尤以中潮滩差异最显著。对根际沉积物重金属5种化学形态（交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机态和残渣态）分析发现,Cu、Pb均以残渣态为主,其次为碳酸盐结合态,可交换态为最低;Zn以可交换态为主,其次分别为碳酸盐结合态和残渣态,最低为铁锰氧化物结合态和有机态。基于生物可利用性,上述5种形态可以分为活性态（包括交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机态）和残渣态两大类。研究发现,根际沉积物化学形态转化趋势与元素性质有关,Cu、Pb由活性态向残渣态转化,生物可利用性降低;Zn由残渣态向活性态转化,生物可利用性升高。     

复合淋洗剂土柱淋洗法修复Cd、Pb污染土壤

选取三氯化铁和有机酸(柠檬酸、苹果酸、酒石酸)复合淋洗,采用土柱淋洗的方法对Cd、Pb污染土壤进行淋洗实验,研究了复合淋洗剂浓度配比、淋洗剂用量和淋洗次数对重金属去除效果的影响,并测定了土壤淋洗前后Cd、Pb形态的变化。结果表明:三氯化铁浓度为10 mmol/L,有机酸浓度为20 mmol/L时,淋洗率Cd为72.15%,Pb为30.26%,与使用单一淋洗剂相比均有大幅提升。复合淋洗剂能有效地去除交换态、碳酸盐结合态和氧化物结合态重金属,而对有机态和残余态部分重金属作用效果不明显;Cd比Pb容易去除是由于污染土壤中Cd的存在形态主要是可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态,而Pb的存在形态主要是有机结合态和残渣态。淋洗后土壤中Cd和Pb均达到土壤环境质量标准。     

皂角苷和柠檬酸联合对污泥中Cu、Pb和Zn的去除及其稳定性特征

以武汉某污水处理厂的污泥为研究对象(S1和S2),通过皂角苷和柠檬酸联合振荡淋洗试验,研究不同体积比(20∶1~1∶20)、固液比(1∶20~1∶80)、淋洗时间(0~2 880 min)、淋洗次数(1~4)对污泥中重金属Cu、Pb和Zn去除的影响.分析淋洗前后各形态重金属的去除特点,并通过计算稳定性指数(I_R值)和移动性指数(MF值)探究重金属稳定性和移动性的变化.结果表明,在体积比(皂角苷∶柠檬酸)为5∶1,固液比为1∶60,淋洗时间1 440 min时,污泥中Cu、Pb和Zn的最高去除率分别可达43.16%(S1)、32.45%(S2)和38.69%(S1).增加淋洗次数对Cu和Pb的去除率有较大幅度提高,而对Zn的影响较小,尤其在2~3次淋洗后差异显著.4次淋洗后Cu、Pb和Zn的最高去除率分别为78.89%(S1)、77.08%(S2)和49.39%(S1).单次淋洗后,除酸溶态和可还原态外,污泥中其余形态的去除率均较低.增加淋洗次数,重金属的各形态去除率逐渐升高,尤其是Pb中的残渣态去除率增长明显.淋洗改变了重金属的稳定性和移动性,4次淋洗后Cu、Pb和Zn的IR值最大增长率分别为43.63%(S1)、39.44%(S2)和32.00%(S1),MF值减少30.19%~79.45%.     

亚氨基二琥珀酸修复重金属污染土壤及环境风险削减评估

以亚氨基二琥珀酸（ISA）为洗脱剂,考察ISA投加量、洗脱液pH值、反应时间和土液比对Cd、Pb和Zn去除率影响,通过Box-Behnken多因素设计法优化最佳洗脱条件,并采用涵盖土壤重金属残留量、浸出浓度和毒性的综合环境风险法评估修复效果.结果表明,ISA对Cd、Pb和Zn去除率随其浓度增加而增加;ISA浓度为50mmol/L时,对矿山污染土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到11.83%、34.26%和20.96%;对污染农田土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到48.89%、57.08%和81.80%.增加反应时间和洗脱液酸性有助于提高ISA对Cd、Pb和Zn去除率.随土液比减低,Cd、Pb和Zn去除率呈上升趋势.ISA去除Cd、Pb和Zn最佳条件为：ISA浓度70mmol/L、洗脱液pH4.0和反应时间120min,预测矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总去除率最大分别为32.58%和93.16%.ISA大幅度降低水溶态、可交换态和碳酸盐结合态Cd、Pb和Zn残留量,从而削减矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总环境风险达50.81%和87.13%.亚氨基二琥珀酸可有效去除污染土壤中重金属并降低残留重金属的环境风险,是一种潜在材料可用于土壤重金属污染修复.     

亚氨基二琥珀酸修复重金属污染土壤及环境风险削减评估

以亚氨基二琥珀酸（ISA）为洗脱剂,考察ISA投加量、洗脱液pH值、反应时间和土液比对Cd、Pb和Zn去除率影响,通过Box-Behnken多因素设计法优化最佳洗脱条件,并采用涵盖土壤重金属残留量、浸出浓度和毒性的综合环境风险法评估修复效果.结果表明,ISA对Cd、Pb和Zn去除率随其浓度增加而增加;ISA浓度为50mmol/L时,对矿山污染土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到11.83%、34.26%和20.96%;对污染农田土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到48.89%、57.08%和81.80%.增加反应时间和洗脱液酸性有助于提高ISA对Cd、Pb和Zn去除率.随土液比减低,Cd、Pb和Zn去除率呈上升趋势.ISA去除Cd、Pb和Zn最佳条件为：ISA浓度70mmol/L、洗脱液pH4.0和反应时间120min,预测矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总去除率最大分别为32.58%和93.16%.ISA大幅度降低水溶态、可交换态和碳酸盐结合态Cd、Pb和Zn残留量,从而削减矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总环境风险达50.81%和87.13%.亚氨基二琥珀酸可有效去除污染土壤中重金属并降低残留重金属的环境风险,是一种潜在材料可用于土壤重金属污染修复.     

稳定化处理对矿渣中重金属迁移转化的影响研究

土壤中重金属的不同存在形态会产生不同的环境效应,并直接影响重金属的毒性、迁移性和生物有效性.以石灰、粉煤灰、干化污泥、花生壳为稳定剂,对某金矿区含重金属矿渣进行组合处理;通过重金属形态分析、淋滤试验、植物盆栽试验,探讨矿渣中重金属的迁移转化规律.结果表明,添加稳定剂后,酸性矿渣的pH升高至中性以上,有机质含量显著增加.矿渣中As、Pb、Zn的主要存在形态为残渣态,添加粉煤灰、干化污泥和花生壳使矿渣中可交换态As和有机结合态As含量分别降低了65.6%、87.7%;添加石灰、粉煤灰和花生壳使矿渣中铁锰氧化物结合态As主要向碳酸盐结合态As转化;添加石灰和粉煤灰使矿渣中的可交换态、铁锰氧化物结合态和有机结合态Pb、Zn主要向残渣态Pb、Zn转化.经前期稳定化处理后,矿渣淋滤液中As、Pb、Zn的含量均有不同程度的下降,添加花生壳处理后淋滤液中的As、Pb、Zn含量进一步下降.其中,粉煤灰、干化污泥和花生壳处理后淋滤液中As含量下降最显著,降幅为57.4%;石灰、粉煤灰和花生壳处理后淋滤液中Zn含量下降最显著,降幅为24.9%.添加稳定剂处理矿渣明显有利于植物的萌发与生长,其中添加粉煤灰、干化污泥和花生壳效果最好,香根草的萌发率为76%.     

典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属赋存形态分布特征及生物有效性评价

为考察并掌握典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤中重金属Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn的污染现状,以上海市某生活垃圾焚烧厂为例,研究其周边土壤中重金属赋存形态分布特征及生物有效性,采用Tessier连续提取法结合电感耦合等离子体发射光谱检测分析表层土壤中目标重金属总量及形态分布,并利用风险评估编码法（RAC）评价其生态风险水平.结果表明:研究区域土壤中Pb和Zn主要以Fe-Mn氧化物结合态和残渣态为主（>80%）;Cr、Cu和Ni则以残渣态为主（>60%）;Cd虽以残渣态为主（>50%）,但与其他重金属相比,其碳酸盐结合态占比相对较高.生物有效性分析结果显示,Cr、Cu和Ni以惰性态为主,生物有效性低,而潜在可利用态Cd、Pb和Zn占比较高,存在较高的释放风险.土壤中各重金属潜在生态风险水平由高到低依次为Cd > Zn > Pb > Cu > Ni > Cr,其中,Cu、Pb和Zn处于低风险水平,Cr和Ni处于无风险水平,而Cd处于中等风险水平.研究显示,该垃圾焚烧厂周边土壤中重金属已存在不同程度的污染累积,其中,潜在可利用态Cd的占比较高,已达中等风险水平,应引起重视.      

纳污湿地表层沉积物中重金属形态研究

采用Tessier法提取了武河湿地表层沉积物中重金属元素Cu、Zn、Pb、Hg、Cd,对其形态分布特征和相关性进行了分析,并利用潜在生态风险指数法对武河湿地表层沉积物中重金属污染进行了综合性评价分析,结果表明:各元素主要以残渣态形式存在,其平均含量均在80%以上;Hg活性态含量为0.098 mg/kg,低于环境背景值,环境危害轻微;相关分析表明碳酸盐结合态的Cu、Zn、Pb、Cd的污染源相似,有机结合态的Cu、Zn、Cd污染源相近,残渣态Cu、Zn、Pb污染源相近,残渣态Pb和Cd污染源相似或相近;各重金属元素迁移能力表现为Cd(5.40)Pb(5.22)Zn(2.31)Cu(0.94);各元素的潜在生态风险表现为CdCuZnPb,且Cd、Pb属于生物毒性显著的元素,对于其引起的污染更应该加倍重视。     

铅锌尾矿中重金属在模拟酸雨淋溶下的浸出规律

重金属尾矿污染是世界性难题,污染水体、大气和土壤,对周边的生态环境和人体健康造成严重危害。在我国酸雨范围大且酸雨问题比较严重的背景下,探讨酸雨淋溶下尾矿中重金属的浸出规律将有利于加强我国重金属尾矿的污染控制和管理。采用湖南桃林铅锌尾矿库中的尾矿模拟酸雨条件进行淋溶实验,研究发现重金属Pb、Zn、Cu、Mn含量分别为1252.5,849.4,363.1,280.0mg/kg。其中,Pb、Zn主要以残渣态存在,分别占69.7%和53.8%;Cu主要以有机结合态存在,占67.0%;Mn主要以铁锰氧化态、有机结合态和残渣态存在,共占90.0%。在静态淋溶实验中,固液比越大、模拟酸雨pH值越小,重金属的浸出浓度越大。在动态淋溶实验中,Zn、Mn浸出浓度随时间呈现减小趋势,而Pb和Cu浸出浓度随时间先增大,后减小。     

负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究

为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.      

不同条件下皂苷对污染塿土中Cu、Pb的淋洗修复

为了探讨环境友好型生物表面活性剂皂苷(saponin)对污染塿土中重金属Cu、Pb的淋洗修复效果,采用批次试验方法,研究了皂苷在不同的淋洗时间、质量浓度、p H、淋洗次数及背景电解质强度下对Cu、Pb单一污染塿土和复合污染塿土中Cu、Pb的淋洗效果.结果表明,当皂苷质量浓度为50 g·L-1、p H值为5.0、淋洗时间为240 min、无背景电解质离子共存时,重金属离子通过与皂苷胶团络合,对污染塿土中Cu、Pb的淋洗去除效果达到最大;在单一污染塿土和复合污染塿土中,50g·L-1的皂苷在最佳淋洗条件下对Cu的单次淋洗百分率分别为29.02%和25.09%,对Pb的单次淋洗百分率分别为31.56%和28.03%,同时也显示皂苷对Pb的去除效果比Cu更显著.经过4次淋洗后,在单一污染塿土和复合污染塿土中皂苷对Cu的累积淋洗百分率分别为58.92%和53.11%,对Pb的累积淋洗百分率分别为77.69%和65.32%.单次淋洗前后污染塿土中重金属形态分级结果表明:污染塿土中吸附态、交换态Cu、Pb的质量分数有所增加;碳酸盐结合态、有机结合态和硫化物残渣态的Cu、Pb可得到有效去除.     

淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放及环境风险

淋洗修复后残留土壤中的重金属会因外界环境的改变可能会发生再释放过程而使环境风险增加,淹水是农田土壤常见的管理模式之一,然而淹水介导的土壤环境条件的改变对淋洗修复后残留农田土壤中重金属的再释放和环境风险的变化影响尚不清楚.因此,本研究开展了持续淹水培养（180 d）对经柠檬酸（CA）、EDTA、FeCl₃和HCl淋洗修复后残留土壤中Cd、Pb和Zn的有效性、形态分配和环境风险的影响研究.结果表明随着培养时间的延长,经CA、EDTA和HCl淋洗后土壤中有效态Cd含量呈先增加后减少的趋势,有效态Pb含量增加,有效态Zn含量减少.经FeCl₃淋洗后土壤中有效态Cd、Pb和Zn含量随培养时间延长而增加.形态分析结果表明,淹水会使土壤E_h降低而致使铁锰氧化物的溶解,因此导致可还原态Pb含量向弱酸提取态Pb转移是有效态Pb含量增加的原因;土壤弱酸提取态Cd含量变化与土壤有效态Cd含量变化基本一致;淹水对淋洗修复后Zn形态的影响较小.基于改进的潜在生态风险指数法评价结果表明淹水使CA、EDTA和HCl淋洗后土壤Cd、Zn环境风险和重金属环境总风险减少,使Pb的环境风险增加.淹水后FeCl₃淋洗后土壤Cd、Pb和Zn环境风险及重金属环境总风险增加.由于FeCl₃淋洗后的土壤重金属污染状况较低且环境总风险（低风险）明显小于其它3种淋洗剂淋洗的土壤,因此,FeCl₃可成为Cd-Pb-Zn复合污染土壤的淋洗剂选择,但是需关注其淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放并采取调控措施.本研究结果可为农田重金属污染土壤合适淋洗剂的选择和淋洗法修复重金属污染农田土壤的效果评估提供更为合理的指导思路.     

用分级方法评估土壤对重金属的缓冲能力

研究了不同Cd,Zn,Cu和Pb负荷对5种土壤(油黄泥土、棕红壤、红壤、石砂土和紫砂土)中的重金属形态的影响,分析了不同土壤对重金属的缓冲作用及其影响因素.结果表明,未污染土壤中的重金属主要以残余态为主,占土壤重金属总量的51%以上.随着土壤重金属负荷的提高,土壤中交换态重金属的比例增大,残余态比例下降,有效性提高,对重金属的缓冲作用下降.由于Cd,Zn,Cu和Pb本身的特性不同,土壤中各组分与Cd,Zn,Cu和Pb的结合方式及程度不同.当外源重金属进入土壤后,土壤对重金属的缓冲性为:Pb>Cu>Zn Cd,酸性土壤和砂质土壤的缓冲能力较低.当重金属加入量较低时,重金属优先向氧化物结合态和有机质结合态转化;而当加入量较高时,向交换态和碳酸盐结合态转化的比例增加.土壤pH下降可使交换态Cd,Zn,Cu和Pb的比例递增,降低土壤对重金属的缓冲性,增加了重金属对环境影响的风险.      

冻融对污染场地土壤重金属稳定化性能的影响

为了分析冻融对污染场地土壤重金属稳定化性能的影响,采用赤泥和硫化钠作为添加剂,对土壤中的Pb、Zn和Cd进行稳定化处理,并通过模拟冻融过程,分析冻融循环后重金属的浸出毒性、生物可给性、土壤pH和土壤结构的变化,探讨冻融循环对稳定化处理土壤中重金属长期稳定性能的影响. 结果表明:稳定化处理后土壤中Pb、Zn和Cd的浸出毒性比原始供试土壤分别降低了98.5%、99.8%和99.7%. 养护30 d后,稳定化处理土壤中Zn和Cd的生物可给性分别由28.8%、49.5%降至11.5%、21.8%,Pb的生物可给性由52.9%升至57.9%. 经过30 d冻融循环后,冻融土壤中Pb、Zn和Cd的浸出毒性比原始供试土壤中相应重金属质量分数分别增加了4.27、2.47、89.65 mg/L. 经过冻融循环后,土壤中重金属的生物可给性比未冻融土壤略有升高. 随着养护时间和冻融时间的延长,土壤pH呈升高趋势. 不同阶段土壤扫描电镜结果显示,冻融循环致使土壤空隙变大、结构松散,说明冻融循环对稳定化土壤结构有一定损伤. 分析结果表明,冻融过程增加了Pb、Zn和Cd释放的环境风险.      

Removal of metals by sorghum plants from contaminated land

The growth of high biomass crops facilitated by optimal of agronomic practices has been considered as an alternative to phytoremediation of soils contaminated by heavy metals. A field trial was carried out to evaluate the phytoextraction efficiency of heavy metals by three varieties of sweet sorghum (Sorghum biocolor L.), a high biomass energy plant. Ethylene diamine tetraacetate (EDTA), ammonium nitrate (NH₄NO₃) and ammonium sulphate ((NH₄)₂SO₄) were tested for their abilities to enhance the removal of heavy metals Pb, Cd, Zn, and Cu by sweet sorghum from a contaminated agricultural soil. Sorghum plants always achieved the greatest removal of Pb by leaves and the greatest removal of Cd, Zn and Cu by stems. There was no significant difference among the Keller, Rio and Mray varieties of sweet sorghums in accumulating heavy metals. EDTA treatment was more efficient than ammonium nitrate and ammonium sulphate in promoting Pb accumulation in sweet sorghum from the contaminated agricultural soil. The application of ammonium nitrate and ammonium sulphate increased the accumulation of both Zn and Cd in roots of sorghum plants. Results from this study suggest that cropping of sorghum plants facilitated by agronomic practices may be a sustainable technique for partial decontamination of heavy metal contaminated soils.