长白山针叶林土壤内重金属元素分布和形态研究

本研究表明,长白山棕色针叶林土壤中重金属含量普遍偏低,且大多以残渣晶格态存在。由于灰化淋溶作用较弱,使土壤中铁锰氧化态金属未从土壤中淋走,其中铁元素在土壤上层出现相对富集,其铁锰氧化物形态在淋溶层中含量最高。     

公路两侧土壤中铅和镉污染以及存在形态分布的分析

测定了土壤中铅、镉总量,并采用五级连续浸提法和石墨炉原子吸收分光光度法对北京市3条典型公路两侧的土壤样品中铅和镉的存在形态分布进行了测定.结果表明,所选3条公路出京方向右侧的土壤铅和镉污染严重,其铅、镉总量分别是北京地区土壤铅和镉含量背景值的1.62～6.69、5.97～18.74倍.土壤中铅主要以铁锰氧化物结合态、碳酸盐结合态、有机结合态和残渣态等形式存在,镉主要以铁锰氧化物结合态和残渣态形式存在,而活性强的离子交换态浓度均较低.不容忽视的是,铅和镉的碳酸盐结合态在碱性条件下稳定,但是具有遇酸释放的隐患.     

pH值对霞湾港沉积物重金属Zn、Cu释放的影响

以霞湾港(铜霞路段)的底泥沉积物为研究对象,采用重金属连续浸提法对重金属Zn、Cu在沉积物中的5种形态进行浸提,分析了其分布特征和在不同pH值与时间的条件下重金属的释放规律。研究结果表明,重金属Zn主要以铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态的形态存在,Cu主要以有机结合态和残渣态的形态存在,可交换离子态的重金属含量都很低。重金属Zn、Cu从沉积物中的释放,主要是在酸性条件下发生,在酸性区内释放量随pH的升高而迅速降低。释放能力和释放速率均为ZnCu,它们释放的过程基本相似,释放速率都比较小,向环境中的释放是个长期过程。     

生物炭对土壤中铁生物还原作用和重金属分布的影响

构建厌氧精瓶培养实验体系,探讨生物炭对土壤中铁的生物还原和其他重金属形态转化的影响。结果表明:生物炭会影响铁还原菌希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)对土壤中铁矿物的还原溶出,降低亚铁离子浓度。培养70d后,土壤-希瓦氏菌(SR)处理组亚铁离子摩尔浓度为(291.0±58.0)μmol/L,土壤-希瓦氏菌-生物炭(SRB)处理组亚铁离子摩尔浓度降为(94.7±32.4)μmol/L。同时,生物炭改变了铁生物还原作用对土壤中重金属迁移性的影响。SRB处理组土壤中可交换态锌、钴和镍含量低于土壤-生物炭(CB)处理组,而铁锰氧化物结合态含量增加;与SR处理组相比,SRB处理组可交换态和铁锰氧化物结合态锌、钴、镍含量均有所增加。因此,在稻田等厌氧环境下应用生物炭修复重金属污染土壤时,生物炭对铁矿物生物还原、重金属形态转化的影响需要引起关注。     

重金属复合污染土壤稳定化研究及效果评价

用自制稳定化试剂CTS-AC01试剂对广西河池某砒霜厂遗址As、Cd、Pb、Zn复合污染土壤进行稳定化研究并进行效果评价。结果表明:(1)CTS-AC01试剂可以降低土壤中重金属的毒性特征浸出程序(TCLP)浸出液浓度,使As、Cd、Pb、Zn的稳定效率分别达到87.7%、93.7%、90.9%、99.5%;(2)经过20次模拟淋溶,淋溶液中As、Cd、Pb、Zn的质量浓度分别为0.199、0、0、0.017mg/L,除As浓度超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的Ⅴ类水质标准外,其他3种重金属均已达标;(3)通过土壤中重金属形态分析发现,稳定化主要是将可交换态和氧化结合态向残渣态转化,但20次模拟淋溶对土壤中重金属形态的影响不大,更长期的淋溶作用有待进一步研究。     

湖南某铀尾矿库中铀的赋存形态及其活性研究

以湖南某铀尾矿库为例,在采集6份矿渣试样进行铀含量分析的基础上,利用逐级化学提取法进行了铀赋存形态研究,并定量评价了其潜在的环境活性。结果表明,各矿渣试样的总含铀量(按逐级化学提取法测定)在68.40~108.59μg/g,平均值约为85.96μg/g,远高于地表一般岩石、土壤的铀含量,是环境中潜在的放射性污染源;各矿渣试样中可交换态(包括水溶态)、碳酸盐结合态、有机质结合态、无定型铁锰氧化物/氢氧化物结合态、晶质铁锰氧化物/氢氧化物结合态、残渣态的铀平均所占比例分别为13.26%、6.54%、4.86%、4.85%、12.15%、58.35%,残渣态铀是铀尾矿中铀的主要赋存形式;矿渣试样中有约40%左右的铀对环境构成威胁或具有潜在威胁;用逐级化学提取法查清铀尾矿库中铀的不同赋存形态,并定量分析其环境活性及在环境中的释放潜力,可为后续的放射性环境质量评价和环境治理提供依据。     

冻融循环及有机肥配施对黑土中镉形态的影响

以黑龙江黑土为对象,研究了冻融循环及有机肥配施量对黑土中镉形态分布的影响。对配施不同有机肥的土壤样品进行5次冻融循环,采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析土壤样品中镉的赋存形态。结果表明,冻融循环数及有机肥的配施有助于降低黑土中的总镉量;冻融循环会促使黑土中的镉由交换态、碳酸盐结合态、有机结合态向铁锰氧化物结合态和残渣态转化,而增加有机肥配施量会使黑土中的镉由交换态向其他形态转化。因此,冻融循环及有机肥配施有助于降低土壤中镉的生物有效性,进而降低其环境风险。     

金矿区高浓度砷污染土壤的稳定化处理

以粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、硫酸亚铁(Fe_2SO_4)和磷酸二氢钾(KH_2PO_4)为稳定剂对矿区高浓度As污染土壤进行处理,通过土壤理化性质、重金属形态和浸出浓度变化等综合评估稳定剂对高浓度砷污染土壤的稳定化处理效果。结果表明,添加稳定剂可以提高土壤pH值、有机质含量和阳离子交换量。粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、硫酸亚铁对土壤中的As有较好的稳定化作用,其中硫酸亚铁对土壤中As的稳定效果最好。同时添加10%粉煤灰、10%干化污泥和1%硫酸亚铁后,土壤中可交换态As、碳酸盐结合态As、铁锰氧化物结合态As、有机结合态As含量显著降低,降幅分别为62.3%、55.2%、29.6%、58.2%,残渣态As含量增加8.1%。添加粉煤灰、干化污泥、硫酸亚铁能显著降低土壤中As的浸出浓度,而添加KH_2PO_4会使土壤中As浸出浓度增加,移动性增强。当同时添加10%粉煤灰、10%干化污泥、1%粉碎花生壳和1%硫酸亚铁后,As浸出浓度最低(0.93 mg·L~(-1)),稳定效果最好,稳定化效率达到了74.8%。土壤中As的浸出浓度与可交换态As和碳酸盐结合态As呈显著正相关,与残渣态As呈显著负相关,可交换态As、碳酸盐结合态As和残渣态-As含量是影响土壤中As浸出浓度变化的主要因素。     

煤矸石动态循环淋溶液的特性

为评价煤矸石回填塌陷区后对水体影响,采用自行设计的新型淋溶装置进行连续168 h的淋溶实验。通过采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和p H测试仪等相关分析仪器研究了煤矸石中重金属在淋溶过程中的溶出规律,并对淋溶液的COD、BOD、TON、NH3-N和p H值进行测试分析。结果显示,淋溶反应时间1~24 h时,淋溶液的COD和BOD分别从28.001 1和4.400 0 mg·L-1升至36.437 29和6.191 525 mg·L-1,超过地表水环境质量五类标准限值。在24~168 h的淋溶时间内,TON的值先降低至2.983 4 mg·L-1而后升高至8.494 6 mg·L-1,而在72~168 h内,淋溶液中TON呈线性趋势大幅度增加。铬元素溶出浓度的峰值主要发生在淋溶初期;铅离子在24~72 h淋溶时间内,析出速度明显加快;锌离子溶解初期为慢速释放,中期为快速释放,末期为慢速释放;铜离子在淋溶反应开始时溶出较少,而随着淋溶反应时间的延长,溶出速度增大。     

废弃等离子显示屏玻璃中重金属化学形态分布

通过BCR3步和BCR4步连续提取法,对等离子体显示屏玻璃中重金属的化学形态进行研究。结果表明,BCR3步连续提取法对废弃等离子体显示屏玻璃中重金属的提取比BCR4步连续提取法更稳定。废弃等离子体显示屏玻璃中Zn、Cu和Ag化学形态分布存在差异。BCR3步和BCR4步连续提取法均认为Ag以残渣态为主要赋存形态,对环境影响比较小;Cu的可交换与弱酸可溶态或交换态和碳酸盐结合态含量较少,潜在的环境风险也比较小;BCR3步和BCR4步连续提取法对Zn的形态分布结果评价不一致,BCR3步连续提取法表明Zn主要以可交换与弱酸可溶态为主,对环境影响较大,而BCR4步连续提取法结果认为Zn是以铁锰氧化态为主要存在形态。     

运河(杭州段)水介质环境对铁锰含量的控制作用

本文研究了运河(杭州段)的水介质环境及其与水体中铁锰含量的关系,研究结果表明,运河(杭州段)中的铁锰含量明显地受水介质环境的控制。水体中的离子总量直接影响铁锰的溶解度;较高的耗氧量使水介质具还原性,从而使铁锰离子呈低价态稳定地存在于水中;另外,悬浮物和水温也与运河(杭州段)中铁锰含量超过饮用水标准有一定的联系。     

氮肥对污染农田土壤中铅的调控效应

用铅污染农田土壤做盆栽试验,研究了氮肥品种和施用量对小白菜吸收铅及土壤中铅形态的影响.结果表明,在氮肥施用量相同的条件下,施用不同形态氮肥对小白菜地上部及根系吸收铅有显著影响;适量的NH4NO3不会对小白菜地上部造成显著影响,增施Ca(NO3)2也不会造成小白菜地上部含铅量的继续增加;各施氮处理的土壤pH较不施氮处理的土壤pH均有不同程度的降低,且以(NH4)2SO4处理的土壤pH下降幅度最大,施用Ca(NO3)2的处理的土壤pH变化不显著;氮肥在一定程度上会影响土壤中各形态含铅量,其中对交换态、碳酸盐结合态、无定形氧化锰结合态,无定形氧化铁结合态及有机结合态含铅量影响较大,但并未改变各形态铅的分布顺序;小白菜吸收的铅主要来源于土壤中的交换态铅,但也可吸收部分碳酸盐结合态铅、铁锰氧化物结合态铅及有机结合态铅,甚至可吸收部分残渣态铅.     

抗菌处理对含硫煤矸石污染物释放的原位控制作用

自然堆放过程中,矿山环境微生物对大量含硫矿物的氧化产酸发挥着重要作用,为评价抗菌处理对暴露于空气中煤矸石污染物质释放的影响,设置十二烷基硫酸钠(SDS)抗菌处理、苯甲酸钠(SBZ)抗菌处理和对照(CK)3种处理条件对含硫煤矸石进行连续淋溶实验。结果表明,对照处理煤矸石淋溶液具有较强的酸度(pH=2.2~2.8)、较高的电导率(EC=4 426~24 925μS/cm)和氧化还原电位(Eh=334~499 mV),并富含Fe、Mn、Cu、Zn等金属离子和高浓度SO2-4和F-(其中,总铁平均为636 mg/L、Mn=16 mg/L、硫酸根=4 297 mg/L),呈现出煤矿酸性废水(AMD)的典型污染特征。相对于对照处理,SDS和SBZ抗菌剂处理对暴露于空气中的煤矸石污染的释放具有极显著的抑制作用,抗菌处理后,煤矸石淋溶液的pH(pHSDS=3.30~3.47、pHSBZ=5.13~5.64)、电导率(ECSDS=6 703~1 177μS/cm、ECSBZ=669~19 335μS/cm)、氧化还原电位(EhSDS=338~285 mV、EhSBZ=118~230 mV)和溶出离子Fe(总铁平均SDS=227 mg/L、SBZ=7.0 mg/L)、Mn(MnSDS=5.9 mg/L、MnSBZ=6.9 mg/L)、Cu、Zn等金属离子及阴离子SO2-4和F-等特征污染物的浓度均与对照存在极显著的差异(p0.01);且抗菌处理能显著抑制亚铁向高价铁的转化(pSDS=0.0012;pSBZ=0.0014)。2种抗菌剂处理均可极显著抑制暴露于空气中含硫煤矸石的氧化产酸和自身有毒有害污染物质的释放,且SBZ抗菌处理明显优于SDS抗菌处理。因此,SDS和SBZ等抗菌剂处理可用于含硫煤矸石等尾矿堆场污染的原位控制。     

含砷石膏中砷的形态及酸浸出分析

为解决石膏中砷的污染问题,通过烘干、水洗对石膏进行除砷研究,分析石膏中砷的存在形态和砷的浸出规律。结果表明,毒性浸出法能够浸出石膏中大部分可交换态砷、部分结合态和残渣态砷。烘干能使石膏中结合态和残渣态砷转化为可交换态砷,导致其砷洗出总量增加。同时水洗液pH值越低,洗出砷的总量就越大,水洗后石膏砷的浸出浓度越低。用pH=3.0的水洗液水洗石膏,水洗后石膏砷的浸出浓度低于5.0 mg·L~(-1),为一般固体废物。通过XPS、SEM分析可知,烘干、酸洗能使部分三价砷氧化成五价砷,并使石膏晶体粒径变得更小,这是砷洗出总量增加的主要原因。     

煤矸石堆积下多环芳烃的淋溶污染特征

淋溶是使有害物质析出的主要途径之一。为查明煤矸石堆放淋溶造成的有机污染效应,对不同风化强度煤矸石进行了动态淋溶模拟实验,系统研究了煤矸石中US EPA优先控制的16种多环芳烃（PAH16）的析出规律和迁移方式。获得煤矸石中多环芳烃（PAHs）淋溶特征如下：煤矸石堆积期遭受短期降雨（500~1 600 mm）作用后,煤矸石溶出的PAH16总质量浓度达125.6~451.2 ng/L。PAH16溶出量初期较高,在一定降雨期后又达到峰值,酸雨条件下,煤矸石山淋溶出的PAH16可由线性累加转为指数快速累加的趋势。淋溶液中优势组分为萘、二氢苊、芴和菲,4种组分之和占所测PAHs总量的80%~90%。煤矸石溶出的PAHs环数分布为2环〉3环〉4环〉5环、6环。迁移方式上,2环PAHs多以溶解相迁移,3环PAHs主要以颗粒态迁移,存在少量溶解形式,而4环以上PAHs则以颗粒相形式迁移。     

生物沥滤过程中城市污泥Zn、Cu的形态转化

利用80L SBR进行了生物沥滤城市污泥实验,探讨了污泥胞外聚合物中重金属的含量变化,并对重金属Zn、Cu各化学形态之间的转化情况进行了分析.结果表明,整个生物沥滤过程中,污泥胞外聚合物中Zn和Cu含量先上升后下降,反应结束后,分布于胞外聚合物结合态中的Zn和Cu占其污泥胞外聚合物内总量的比例最高可达39.95％、58.77％.污泥胞外聚合物中松散结合态对Zn、Cu的吸附能力均强于紧密结合态;原污泥中Zn、Cu分别主要以铁锰氧化物结合态和硫化物及有机结合态存在,沥滤结束后,污泥中Zn和Cu均以残渣态存在.     

堆肥和腐殖酸对土壤锌铅赋存形态的影响

通过实验室土壤培养实验，研究2种有机物质——腐殖酸和堆肥，单独或者复合应用对土壤中铅锌形态转化的影响。经过1～3个月的培养，发现单独添加腐殖酸和堆肥均可以显著改变土壤中Zn、Pb形态转化，使它们从容易被植物吸收利用的交换态和碳酸盐结合态向难以被植物吸收利用的有机结合态和残渣态转化。与对照相比，单独添加10%堆肥和5%腐殖酸并培养1～3个月后，导致土壤交换态Zn比重分别由38%～51%下降到14%～21%和26%～46%；铁锰氧化物结合态Zn比重分别由23%～34%提高到33%～56%和26%～45%；碳酸盐结合态Pb比重分别由12%～25%下降到1%～15%和2%～15%；残渣态Pb比重分别由12%～14%提高到32%～45%和20%～23%。其他结合态的Zn和 Pb比重也有不同程度的变化。说明堆肥和腐殖酸均可以固定土壤中的Zn和 Pb。而当两者一起使用时，可以中和它们各自所引起土壤pH的变化，而对重金属固定效率更明显增强。研究还发现，不管是腐殖酸还是堆肥，对Pb的固定效果均好于对Zn的固定。     

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%。     

金矿污染河流的水体和沉积物中重金属分布特征及生态风险评价

金矿开采导致严重的水体和沉积物重金属污染。采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP/MS)分析了金矿开采区河道32个采样点的水体和表层沉积物样品,研究了水样的溶解态及颗粒态重金属(As、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn)组成;通过分步化学提取法研究了各重金属在沉积物中的地球化学形态组成,利用地累积指数法和潜在生态风险指数法评价了河流沉积物中重金属污染状况。结果表明:水体中Cu、Zn、As主要以溶解态存在,Pb、Cr、Cd以颗粒态为主。水体中重金属元素形态分布主要受点源污染排放影响。沉积物中,Cd浓度较低;As、Zn主要以氧化物结合态、有机物结合态和残渣态存在;Pb、Cr、Cu以有机物结合态和残渣态为主。结合地累积指数和潜在生态风险指数分析表明,Cd和Cu为主要的风险元素。     

辽宁省红透山铜矿区土壤中重金属迁移特征研究

采用柱淋溶实验模拟辽宁省红透山铜矿区土壤中重金属的淋溶迁移特征,研究了淋溶液pH、电导率(EC)和重金属含量的变化及其相关性,分析了重金属在淋溶前后的总量和形态变化,并初步探讨其生态与健康风险.结果表明,在1～3次淋溶中,淋溶液pH迅速下降,土样中的部分酸性物质被快速溶出,在第3次淋溶之后,淋溶液pH缓慢上升；淋溶初期淋溶液EC大幅度、迅速降低,此后随着淋溶次数的增加EC缓慢降低；Fe、Mn、Cu、As、Cd均能从土样中溶出进入淋溶液,其中Fe、Mn、Cu、As的溶出主要在淋溶初期,而Cd除了在初期有所溶出外,在淋溶后期还存在二次溶出释放阶段；淋溶后土样中绝大部分重金属总量均有所下降,各重金属的解吸率为Cd＞As＞Fe＞Cu＞Mn＞Zn,其中以Cd、As含量下降最为明显,而Zn基本未溶出；淋溶前后土样中重金属的活性态(弱酸提取态(BCR-1)、可还原态(BCR-2)、可氧化态(BCR-3))含量发生了不同程度的变化,Fe的活性态含量在淋溶后变化很小,Mn、As的活性态含量在淋溶后有所上升,而Cu、Cd的活性态含量在淋溶后有所下降；随着淋溶的进行,土壤中各重金属的赋存形态发生了一定变化,从而可能引起其生态与健康风险的改变.