撒施阻控材料快速去除上覆水Cd对的室内模拟研究

湘中矿区塘、水库等灌溉水体及其底泥重金属超标问题日益凸显,研究选取石灰、水稻秸秆生物炭和人造沸石等3种环境友好型土壤重金属阻控材料,通过室内玻璃柱模拟静止水体实验探讨水面缓慢撒施阻控材料对上覆水重金属Cd去除与底泥Cd有效性影响。为期60 d的实验结果显示,1%(0~20 cm表层底泥质量分数)的单一石灰、生物炭、沸石与石灰+生物炭+人造沸石配方(质量比1∶1∶1)4种处理均可明显快速去除上覆水中水溶态Cd质量浓度,其中石灰效果最佳,沸石效果最差,石灰与3种阻控剂组配处理均可使上覆水中水溶态Cd质量浓度由20μg·L~(-1)以上降至10μg·L~(-1),符合我国灌溉水Cd的限定标准。阻控材料自然沉积在底泥表面后对5 cm处底泥水溶液Cd质量浓度具有一定的消减效应,沸石效果优于石灰、生物炭处理,其中"石灰+生物炭+沸石"的不同粒径阻控材料组配方式效果最佳。石灰、生物炭、沸石及3种阻控剂组配处理60 d后底泥pH值依然略高于对照,差异不显著,但可交换态Cd含量明显低于对照。结果可为塘库型水体上覆水及底泥Cd等重金属污染的生态风险降低及控制措施研究提供科学参考与方法指导。     

磷改性生物炭对Pb、Cd复合污染土壤的钝化效果

中国存在着较大面积受重金属污染土壤,尤其是Pb、Cd两种重金属的复合污染较常见。利用磷改性生物炭对Pb、Cd复合污染土壤展开修复研究。结果表明:(1)磷改性生物炭可使土壤中Pb、Cd由弱酸提取态向可氧化态、残渣态转变,Pb的可氧化态和残渣态分别增加了19.4、16.9百分点,Cd的可氧化态、残渣态分别增加了17.4、9.9百分点;(2)磷改性生物炭可提高土壤有效磷,有效磷最终稳定在39 mg/kg左右;(3)磷改性生物炭能显著增加土壤阳离子交换量至19.3 cmol/kg。磷改性生物炭不仅能有效钝化重金属,还能有效改善土壤质量。     

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。     

紫根水葫芦对重金属水体的净化作用

为了探讨紫根水葫芦对污水中重金属(镉、锌、铅)的净化效果,比较了普通水葫芦和紫根水葫芦的生物过滤能力和积累情况。实验结果显示,2种水葫芦均能显著降低3种重金属的含量,被吸收的重金属会在植物体内得到积累,且主要富集于根部,而不是茎叶部。此外,被吸收的重金属绝大多数不会重新释放到水体中。紫根水葫芦对重金属的净化效果优于普通水葫芦。因此,紫根水葫芦具有良好的水体修复和去除重金属的潜力。     

海藻酸钠改性纳米零价铁对底泥中Cd的稳定化研究

制备了海藻酸钠改性纳米零价铁(SA-nZVI),并对其结构进行表征。用制备的SA-nZVI和未改性的纳米零价铁(nZVI)修复Cd污染的底泥,通过重金属形态、酶活性、细菌群落多样性变化评价稳定化效果。结果表明,0.10%(质量分数)海藻酸钠溶液制备的SA-nZVI对底泥中Cd的稳定效果最好,随稳定化时间的延长,残渣态质量分数升高,弱酸提取态质量分数下降,30d后相比于不添加修复剂的对照组,残渣态质量分数升高了41.79百分点,弱酸提取态质量分数下降了23.18百分点。脲酶和过氧化氢酶的活性以及细菌群落多样性均支持0.10%海藻酸钠溶液制备的SA-nZVI对Cd的稳定化效果最好。从结构上进行解释,0.10%海藻酸钠溶液制备的SA-nZVI与nZVI相比,表面覆盖了一层海藻酸钠,分散性更好,不易被氧化。     

有机肥料联合东南景天修复重金属污染土壤的研究

将两种有机肥料黄腐酸钾和紫云英(Astragalus sinensis)分别与重金属超积累植物东南景天(Sedum alfredii)联用修复重金属污染土壤,研究有机肥料对污染土壤重金属生物有效性、形态以及东南景天重金属积累量的影响。结果显示,修复0～4个月,施加有机肥料对土壤重金属生物有效性均有一定的促进作用;而修复4～8个月,土壤重金属向可氧化态和残渣态转化,生物有效性受到抑制。从东南景天地上部重金属积累量看,修复0～4个月,施加0.3%(质量分数)黄腐酸钾促进东南景天对锌、镉的吸收积累,锌、镉积累量分别比对照提高了280.37%、265.44%;而修复4～8个月,东南景天地上部重金属积累量相较对照均下降。由此可见,提升重金属污染土壤的植物修复效果,还需考虑修复周期的影响。     

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。     

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。     

曝气对生物促生剂修复城市黑臭河道水体的影响

在实验室条件下研究了曝气对生物促生剂修复城市黑臭河道水体效果的影响，并通过控制曝气时间及强度考察处理效果以确定曝气方式和曝气量。结果表明：在生物促生剂修复城市河道黑臭水体过程中使用曝气协同作用可大大增强生物促生剂的修复作用，加快修复速度。使用间歇曝气协同生物促生剂作用时效果与连续曝气相近，且可以降低运行成本。实验60d后，上覆水COD、NH3-N和TP去除率分别达46．8％、98．7％和73．3％，上覆水pH由7．61提高至7．92；底泥削减达5．49cm，底泥有机质削减率达10．5％。     

底泥性质对重金属生物淋滤效果的影响

生物淋滤技术是一项可以将重金属从污染底泥或土壤中分离出来的环境修复技术,具有反应温和、耗酸少、运行成本较低、去除效率高,以及脱毒后底泥的脱水性能好等优点。然而,底泥成分复杂、流域特异性高,这使得相似的生物淋滤工艺对不同底泥的重金属去除效果不尽相同、淋滤技术的工艺参数标准化难度增加。综述了底泥性质对淋滤反应的3方面影响:底泥中的有机质与酸可挥发性硫化物(AVS)会改变重金属的形态;pH、可还原性硫、水溶性有机物(DOM)会对淋滤功能菌的活性产生影响;底泥粒度和耗酸能力(ACC)也会影响重金属的化学淋出效果。在此基础上提出今后该技术有待开展的研究内容,以期为该技术的进一步推广应用提供理论依据和技术支撑。     

不同化学淋洗剂对复合重金属污染土壤的修复机理

化学淋洗技术是一种常用的重金属污染土壤修复技术,化学淋洗剂的选择尤为重要。以乙二胺四乙酸二钠(EDTA),柠檬酸(CA)和三氯化铁(FeCl_3)为化学淋洗剂,采用振荡淋洗法研究淋洗时间与淋洗剂浓度对Cu、Zn、Pb和Cd去除效果的影响,分析重金属污染土壤淋洗前后重金属形态与基本理化性质的变化。结果表明:3种化学淋洗剂对重金属的快速反应阶段基本在60 min内,在240 min达到淋洗平衡,对Pb和Cd的淋洗主要是非均相扩散过程;EDTA、柠檬酸和FeCl_3对重金属的去除能力依次为PbCdCuZn,CdZnCuPb与Pb≈CdCuZn,EDTA的淋洗效率最高,Cd的解吸能力最强;EDTA和FeCl_3可有效去除弱酸可溶态与可还原态重金属,柠檬酸能有效去除弱酸可溶态重金属,修复后的土壤仍有环境风险;3种淋洗剂修复后的土壤中总有机碳与粒径分布无明显变化,FeCl_3会酸化土壤。综合考虑,EDTA、柠檬酸和FeCl_3均为淋洗效果好的环境友好型化学淋洗剂,该研究成果可用于现场淋洗去除土壤中重金属的小试。     

基于生物淋滤的城市污泥重金属溶出及形态迁移

利用生物淋滤法处理城市污泥,以生物淋滤过程中pH、ORP(氧化还原电位)变化以及重金属(Zn、Cu、Cd)溶出率为指标,考察淋滤菌接种比例、初始pH、淋滤时间对生物淋滤的影响,并分析了生物淋滤前后,重金属形态变化以及重金属的生物有效性和迁移性。结果表明富集筛选的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.f)可有效溶出污泥中的重金属。生物淋滤最佳条件为:初始pH=4.00,淋滤菌接种比例30%,重金属Zn,Cu,Cd在第10天的整体处理效果最优,溶出率分别达到75.30%、50.40%和74.44%。BCR形态分析表明:原污泥中Zn,Cu,Cd主要以弱酸提取态、可还原态和氧化态存在,残渣态较少;生物淋滤之后,3种重金属弱酸提取态、可还原态和氧化态含量有不同程度降低,其中,可还原态含量降低最为显著,残渣态基本无变化,并且淋滤后污泥中重金属氧化态及残渣态所占比例较淋滤前高,污泥稳定性得到提升。生物淋滤可以通过减少污泥中重金属含量和改变重金属形态降低其生物有效性和迁移性。     

化学淋洗与生物质炭稳定化联合修复镉污染土壤

为探讨土壤淋洗与生物质炭稳定化联合修复技术对镉(Cd)污染黄棕壤修复效果的影响,研究通过振荡淋洗实验、BCR连续化学提取法和CaCl_2一次提取法,筛选确定污染土壤的最佳淋洗方案,并比较了淋洗修复、淋洗+稳定化修复技术对污染土壤中Cd生物有效性的影响。结果表明:3种淋洗剂的淋洗效率强弱顺序为EDTA-2NaHCl柠檬酸,最佳淋洗条件为0.12 mol·L~(-1)EDTA-2Na在固-液比1:4条件下振荡淋洗3 h,Cd的洗脱率为81.3%;淋洗后土壤中Cd的有效态(F1+F2)百分比减少了51.0%,显著降低了污染土壤的重金属总量及其环境风险;相比于单一淋洗修复技术,EDTA-2Na在添加体积(V_(添加))为最佳淋洗体积(V_(最优))的80%时,淋洗后再加入3%玉米秸秆炭稳定化15 d的联合修复技术能够将土壤中有效态Cd含量(CaCl_2-Cd)从8.13 mg·kg~(-1)降低到0.42 mg·kg~(-1)。因此,淋洗修复后施加玉米秸秆炭的联合修复技术,能够有效降低重金属污染土壤的生态环境风险,提高土壤环境质量。     

生物炭对Cd污染土壤的修复效果与机理

通过修复培养实验和BCR连续提取实验研究牛粪生物炭(DM)和水稻秸秆生物炭(RS)对2种镉污染土壤的修复效果、影响因素及修复后的Cd的形态分布,探讨可能存在的修复机理。经56 d修复后,与CK相比,5%添加量的牛粪生物炭(DM5%)和水稻秸秆生物炭(RS5%)使TCLP提取态Cd在S1土壤中分别降低了15%和18%,在S2土壤中分别降低了5%和6%。但生物炭添加量为1%时对S2土壤中Cd无显著修复效果。DM5%和RS5%处理使Cd的酸可溶态在S1土壤中降低8.66%和9.25%,在S2土壤中降低7.86%和13.4%,相应的残渣态在S1土壤中升高8.30%和10.54%,在S2土壤中升高8.67%和14.92%。同时,DM5%和RS5%处理使土壤p H提高了7.69%~13.13%,TCLP提取态P增高了0.046~0.39 mg·g~(-1)。结果表明,添加量为5%的牛粪生物炭和秸秆生物炭可有效修复Cd污染土壤。     

电动增强技术修复镉污染土壤及其修复机理

选择小分子有机酸——酒石酸、草酸作为增强试剂,研究在不同浓度小分子有机酸作用下,电动修复土壤重金属镉Cd(Ⅱ)的迁移和去除机制。实验中以胡敏素为吸附剂并将其以包裹的形式添加在在电动装置中,以乙酸-乙酸钠为电解液,同时在两极室之间循环电解液以控制土壤p H值变化。结果表明,电动修复技术促进了重金属的去除。小分子有机酸的加入使弱酸提取态的重金属镉Cd(Ⅱ)的去除率大大提高,可达67.07%。不同浓度的小分子有机酸对电动修复的促进效果不同,随着浓度的持续增加,电动修复效果降低。     

含磷材料对矿区铅镉污染土壤重金属形态转化的影响

以湖南郴州东江湖风景区矿区遗留地重金属污染土壤为研究对象,研究了3种含P材料,及其与蒙脱石的组合材料,对矿区土壤铅镉污染的修复效果.实验设6组处理,分别为P1组、P2组、P3组、P1 +M组、P2+M组、P3 +M组,通过添加5％的稳定剂,稳定2d后,分析土壤中铅镉的形态变化.实验结果表明:添加含P材料,及组合材料后,土壤中铅镉的离子交换态、铁锰结合态、有机结合态大幅度降低,残渣态显著升高.对Pb离子转化效果均在90.00％以上,Cd离子的转化效率相对较差,最优P1处理效果为74.20％.离子交换态的减少,有效地降低了重金属的生物有效性,有效地降低了环境风险.同时,含P材料均增加了土壤有效磷的含量,对矿区土壤的肥力也有一定提升.     

我国底泥重金属污染防治

重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，而底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时，底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。重金属不能被生物降解，但具有生物累积特性，可以直接威胁高等生物包括人类，因此，底泥重金属污染问题日益受到人们的重视。作者综述了我国底泥重金属的污染状况、存在形态、释放规律和治理措施，并提出了需要深入研究的问题。     

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。     

多硫化钙与亚铁盐联用去除工业废水中的Cr(Ⅵ)

还原稳定化修复技术是当前重金属污染修复领域的主要技术,其中,重金属去除率和环境扰动是评价修复效果的重要指标.以不同pH重铬酸钾溶液模拟Cr(Ⅵ)污染水体,分别研究了多硫化钙、硫酸亚铁和二者联用对水体重金属Cr(Ⅵ)的还原稳定性,同时考察了环境因素对药剂联用的影响并探究各药剂对Cr(Ⅵ)的去除机理.结果表明:当多硫化钙与硫酸亚铁投加比例为1:2时,药剂联用对Cr(Ⅵ)和总Cr的去除效果均优于单独施加药剂时的去除效果且还原产物较稳定,对体系扰动作用相对较小;低pH和较高温度有利于联用药剂对Cr(Ⅵ)的去除,HCO3-、Cl-、Mn2+的加入有利于去除Cr(Ⅵ),Fe3+对 Cr(Ⅵ)去除表现为低浓度抑制、高浓度促进;经反应产物成分分析,多硫化钙与硫酸亚铁反应生成了具有催化效果的FeS,提高了修复效果.以上研究结果可为后期Cr(Ⅵ)污染水体的控制和修复提供参考.     

谷壳和柚子皮生物炭的制备及其对红壤重金属的稳定化效应

选取柚子皮和谷壳,在低氧控温条件下制备生物炭,研究柚子皮和谷壳生物炭的结构特征及其对红壤重金属的稳定化效果。结果表明,谷壳的热分解温度在260~355℃,该阶段失重率达44.2%,碳化温度在355~630℃,该阶段失重率为34.7%。柚子皮的热分解温度在180~430℃,该阶段失重率为65.4%,碳化温度在430~500℃,该阶段失重率为19.6%。在制备生物炭时,热解温度越高,获得的生物炭表面官能团含量越少,热解时间越长,生物炭表面官能团数相对越多。重金属稳定化实验发现,300℃制备的生物炭对铅镉稳定化效果总体优于500℃制备的生物炭;柚子皮生物炭对红壤镉的稳定化效果优于谷壳生物炭,两种生物炭对红壤铅镉的稳定化作用主要归因于生物炭表面酚醇羟基、甲基、亚甲基、羧羰基、酯基等官能团的化学吸附作用,表面物理吸附作用贡献较小。