磷酸盐对铅镉复合污染土壤的钝化修复研究

通过模拟实验,研究磷酸二氢钾、磷酸二氢钙和磷酸二氢铵3种磷酸盐对铅镉复合污染土壤的钝化效果,采用重金属形态分析和X-射线衍射法(XRD)探讨了钝化剂的修复机制。结果表明:3种磷酸盐处理可使土壤TCLP提取态Pb、Cd含量显著降低,其中磷酸二氢钙钝化效果最好,且随着投加量的增加,在n(P)/n(Pb+Cd)=5∶1时,钝化效率最高,对Pb、Cd的钝化率分别达到69.81%、35.18%。施加磷酸盐可使污染土壤中Pb、Cd从可交换态和碳酸盐结合态向残渣态转化,显著降低Pb、Cd的生物可利用性。X-射线衍射仪(XRD)检测发现,钝化后的土壤中有羟基磷铅矿、磷酸铅、磷酸镉等矿物晶体生成,表明3种磷酸盐对土壤中铅镉的钝化机理主要是生成难溶性磷酸盐沉淀和羟基磷铅镉矿物。     

不同粒径羟基磷灰石对污染土壤铜镉磷有效性和酶活性的影响

为研究不同粒径羟基磷灰石对重金属污染土壤的修复效果,采用向污染土壤添加常规磷灰石（150 μm）、微米（3 μm）和纳米（40 nm）羟基磷灰石的田间原位试验方法,考察其钝化修复5 a后对土壤铜镉磷有效性和酶活性的影响.结果表明:3种粒径羟基磷灰石均提高了土壤pH,降低了土壤交换性酸和交换性铝的含量,且微米羟基磷灰石处理效果最好.常规磷灰石、微米和纳米羟基磷灰石处理分别使w（离子交换态铜）降低了62.6%、74.3%和70.4%,w（离子交换态镉）降低了15.7%、25.3%和26.7%.3种材料均增加了土壤w（TP）,其中4.61%~17.4%和73.4%~89.8%分别转化为树脂磷和稳定态磷.微米羟基磷灰石处理分别使土壤脲酶活性和微生物量碳含量提高了4.66和0.66倍.研究显示,微米羟基磷灰石更有利于铜和镉由活性态向非活性态转化,增加土壤磷的有效性,提高土壤微生物活性,在我国南方重金属污染红壤区具有较好的应用潜力.      

针铁矿-富里酸复合材料对铅镉污染土壤的钝化修复性能

珠三角地区作为粤港澳大湾区的重要经济区域,工矿企业多,土壤重金属污染状况较为严重,且多以铅镉复合污染为主,研发安全高效的重金属修复材料与技术对保障区域环境质量和人居安全具有重要意义.本文拟采用钝化修复技术,以南方红壤中典型矿物针铁矿为主体,制备了针铁矿-富里酸复合材料,并将其应用于铅镉复合污染土壤的钝化修复.结果表明,复合材料中富里酸所占的质量分数越高,对铅镉钝化作用效果越好;土壤中铅镉的钝化率(IE)随钝化时间的延长而增加,并趋于稳定;钝化修复后可交换态及碳酸盐结合态Pb含量降低,残渣态Pb含量增加,土壤中Cd可交换态含量降低,铁锰氧化态及残渣态含量显著增加;钝化修复后土壤CEC、速效钾及铵态氮含量均有所提高;综合评价认为针铁矿-富里酸复合材料应用于红壤铅镉钝化修复有效可行.     

氧化石墨烯负载铁锰复合材料对镉砷污染土壤的钝化修复

为修复受到镉砷复合污染的农田土壤,将铁锰氧化物负载于氧化石墨烯表面,制备得到了新型氧化石墨烯负载铁锰复合材料.在此基础上开展了为期60 d土壤培养试验,通过对pH、DOC含量、土壤有效态Cd和As含量动态变化,以及土壤Cd和As形态的测定,探究了氧化石墨烯（GO）和氧化石墨烯负载铁锰复合材料（GO-FM）在不同添加比例下（0.1%、0.2%和0.3%）,对上虞和佛山两种理化性质和污染程度不同的土壤中Cd和As的钝化效果,并阐明其相应修复机制.结果表明,与空白对照相比,GO-FM提高了酸性上虞土的pH,但使佛山土pH降低.培养结束后,GO和GO-FM处理均增加了土壤DOC含量.GO-FM使佛山土可溶态Cd含量降低了5.08%~19.19%,有效态Cd含量降低了36.57%~42.8%,其主要钝化机制是静电吸附、络合和羟基化金属离子的形成.而酸性上虞土受静电斥力的影响使得GO-FM对Cd的钝化效果低于佛山土,但随着材料添加量的增加,GO-FM使氧化石墨烯增加土壤Cd有效性的趋势得到了抑制,添加0.2%和0.3%的GO-FM使上虞土有效态Cd含量降低了6.45%~13.56%.同时,复合材料通过锰氧化物对As的氧化作用以及As与铁氧化物表面羟基形成内表面螯合物的钝化机制,促使上虞土和佛山土的有效态As含量分别降低了4.34%~9.15%和0.87%~5.71%.总之,在佛山土中GO-FM对Cd的钝化效果优于上虞土,在上虞土中GO-FM对As的钝化效果优于佛山土.研究结果可为不同类型土壤镉砷复合污染防治提供理论依据和参考.     

稻田镉污染原位钝化修复及磷积累与迁移特征

选择苏南某镉（Cd）污染稻田,研究钙镁磷肥和钙铝水滑石2种钝化修复材料对Cd污染土壤原位钝化修复的效果,并且探讨含磷钝化剂的使用对水土环境磷累积与迁移特征的影响.结果表明：施用2种钝化剂后均能有效降低土壤中有效态Cd的含量,且随着钝化时间的推移,有效态Cd含量均呈现稳定缓慢降低的趋势,在施加钝化剂16周后达到最低,不同处理的钝化效果依次为：1500kg/hm²钙镁磷肥>6000kg/hm²钙铝水滑石>750kg/hm²钙镁磷肥,各处理有效态Cd比施加前分别降低了54.5%、50.3%以及46.9%.各处理在不同阶段的土壤pH值与有效态Cd含量呈显著负相关.施用钙镁磷肥作为钝化剂会加快土壤中磷的累积,且随着施用量的增加60~90cm深度渗漏水中总磷和溶解性磷酸盐含量有明显升高趋势.     

超顺磁性纳米材料对镉污染稻田土壤微生物和酶的影响

以磁性纳米Fe₃O₄和羟基磷灰石等为原料,制备出超顺磁性纳米Fe₃O₄-磷酸盐功能化材料（MFH）,通过在镉污染稻田土壤中投加MFH,对土壤进行磁选修复.选择对Cd具有高、低富集两种水稻,在修复后土壤中进行盆栽试验,研究MFH磁选修复对土壤微生物和酶的影响,探究该材料应用于农田镉污染修复的可能性.结果表明,施用MFH修复镉污染土壤,对Cd污染土壤有较好的修复效果,土壤中总Cd和有效态Cd浓度有了明显降低,总镉去除率为38.9%,有效镉下降率为27.3%,并且两种水稻籽粒中Cd含量均显著降低.采用MFH磁选修复土壤镉后,在两种水稻拔节期、抽穗期和成熟期土壤微生物群落多样性、群落丰富度均有所降低;栽培Cd高富集的玉针香水稻品种的处理在拔节期和抽穗期稻田土壤优势细菌Firmicutes丰度显著增加.采用MFH磁选修复土壤镉后,在两种水稻拔节期、抽穗期和成熟期土壤脲酶活性、过氧化氢酶活性以及土壤过氧化物酶活性均得到了提高;栽种Cd高富集品种玉针香的土壤POD酶活性比栽种低富集品种湘晚籼13号的土壤POD酶活性要略高,而脲酶活性则相反.     

天然黏土联合磷肥对农田土壤镉铅污染原位钝化修复效应研究

为研究天然黏土联合磷肥对农田土壤镉铅污染的原位钝化修复效应,在天津市某地开展了田间示范实验,以油麦菜、油菜和萝卜为模式作物,以海泡石、膨润土和磷肥等作为钝化修复材料,研究其对蔬菜可食部位生物量、镉铅含量和土壤中镉铅形态分布的影响,考察其对土壤镉铅污染的原位钝化修复效果.结果表明:磷肥、海泡石/磷肥复配、膨润土/磷肥复配...     

桉树遗态磷灰石材料对铅污染土壤的钝化修复效应

以自制桉树遗态羟基磷灰石复合材料(PBGC-HAP/C)为钝化修复剂,探究PBGC-HAP/C对铅污染土壤的修复影响过程和机制.结果表明,随着钝化剂的投加比例增大和钝化时间延长,钝化效果逐渐上升;钝化剂粒径减小有利于钝化效果提升.pH对钝化有较大的影响,随pH升高,钝化效果呈上升趋势,碱性环境下对铅含量为500 mg·kg~(-1)土壤的钝化率可以达到99%以上;含水率的增加有利于钝化效果提升,但贡献效果较小;结合作用前后材料的XRD、 FT-IR和XPS等对比分析得知, PBGC-HAP/C对铅的钝化作用主要通过吸附作用、化学配合作用和离子交换沉淀作用, pH值可间接增强其钝化效应.     

羟基磷灰石对成都平原水稻土中重金属的钝化效果研究

本研究选取成都平原典型农田系统受Cd和Zn复合污染土壤为研究对象,采用淋溶试验和老化试验,探索添加羟基磷灰石对土壤中重金属生物有效性以及形态分布的影响,羟基磷灰石添加比例（w/w）设置为0%（CK）、1%（P1）、3%（P3）和5%（P5）。结果表明：①添加羟基磷灰石能够明显降低土壤中Cd和Zn淋失量,P1、P3和P5与CK的Cd累积淋失量（110 μg）相比,降低比例分别为82.7%、92.7%、90.7%,P1、P3和P5与CK的Zn累积淋失量（9.30 mg）相比,降低比例分别为94.8%、97.1%、94.6%;②添加羟基磷灰石能够显著提高土壤pH,P1、P3和P5的pH分别比CK升高了0.30、0.53、0.95个pH单位;③添加羟基磷灰石能够显著降低土壤有效态Cd和Zn（0.025 mol HCl）,相较于CK,P1、P3和P5的有效态Cd含量分别降低了59.0%、94.7%、98.7%,有效态Zn含量分别降低了18.6%、49.6%、87.6%;④添加羟基磷灰石能够显著降低土壤可交换态和碳酸盐结合态Cd和Zn含量,增加土壤中残渣态Cd和Zn含量,从而促进Cd和Zn向非活性态转化。本研究结果表明羟基磷灰石在成都平原区典型农田系统耕地Cd和Zn污染的修复中有较大的应用潜力。     

药渣生物炭联合麦饭石对铜镉污染土壤修复研究

期望以板蓝根药渣为原材料制备生物炭,用于修复重金属Cu、Cd污染土壤,实现以废治污。该研究探讨以板蓝根中药渣为原材料制备的生物炭联合天然麦饭石对重金属Cu、Cd污染土壤的钝化修复效果及作用机理,采用室内土壤培养试验,研究钝化剂施加量为2%土壤质量时,500℃下制备的药渣生物炭(BC500)、天然麦饭石(MS)和等质量的生物炭与麦饭石组合钝化剂(BC500+MS)共3种钝化剂处理对重金属Cu、Cd污染土壤p H、土壤养分、铜镉形态的影响。土壤培养30 d研究结果表明,3种钝化剂均能提高土壤pH、土壤养分;施加单一药渣生物炭对铜的钝化效果好于天然麦饭石,但天然麦饭石对镉的钝化比药渣生物炭的效果更优;采用修正BCR三步连续提取法提取不同处理的Cu、Cd形态,与对照值(CK)相比,BC500处理的弱酸可提取态Cu、Cd含量分别降低了9.00%和6.82%,残渣态Cu、Cd含量分别增加了16.08%和16.67%;MS处理的弱酸可提取态Cu含量较对照无变化,Cd的酸可提取态降低了17.05%,残渣态Cu、Cd含量分别增加7.75%和59.52%;BC500+MS处理的弱酸可提取态Cu、Cd含量分别降低4.44%和26.14%,残渣态Cu、Cd含量分别增加10.16%和78.57%。通过表征分析表明,生物炭对Cu、Cd污染土壤钝化机制是吸附固定和形成沉淀作用,麦饭石对Cu、Cd污染土壤钝化机制主要是吸附作用。     

改性椰壳炭钝化修复农田土壤镉、铅的长期稳定化效果及生态风险评估

为探究改性椰壳炭钝化修复土壤中镉、铅的长期效果及生态风险,采取硝酸-高锰酸钾改性方法优化椰壳炭表征,通过设置不同改性椰壳炭用量,探究其对土壤中镉、铅生物有效性的长期影响,结合土壤-农产品综合质量影响指数评价结果,最终验证其场地应用的可行性。结果表明:改性椰壳炭可显著提高土壤镉、铅的稳定性,当用量>20 g/kg时,钝化培养12周,土壤中镉、铅以残渣态为主,固定率较对照组分别提高了8%~23%和11%~24%。钝化培养15~18周,土壤镉、铅有效态含量均低于安全阈值,且种植蔬菜未检测到重金属超标,不存在生态风险。采用改性椰壳炭进行土壤重金属场地修复具有一定应用价值。     

几种安全利用措施对成都平原镉污染农田风险管控效果比较

采用田间小区试验方法,研究了换种、深耕、施加土壤修复剂、有机肥调控等常见农用地安全利用措施对成都平原镉污染农田的风险管控效果。结果表明:各项措施实施3 d后,除换种和施加蚯蚓粪外,各组土壤pH均较实施前显著升高（p<0.05,下同）,除换种、施加蚯蚓粪和施加土壤修复剂外,各组土壤有效态镉含量均较实施前有所下降;单独采取换种措施时,试验所选换种水稻品种糙米镉含量无法达到;单项措施中降镉效果最好的为深耕,其次为施加土壤修复剂,最后为施加生石灰和改性膨润土,单独施加蚯蚓粪反而会导致糙米镉含量显著增加;各种组合措施处理后糙米镉含量均基本能够达标,其中采取组合4（深耕+施加生石灰+施加土壤修复剂+种植“和两优1号”）措施后的平均糙米镉含量最低,较对照组糙米镉含量显著降低了95.52%。     

甘蓝和油菜对镉污染土壤的修复研究

通过土培盆栽试验研究了甘蓝和油菜对土壤中重金属镉的吸收及生物净化作用。以及添加螯合剂对油菜富集镉的影响。实验结果表明：甘蓝对于高浓度镉污染土壤的修复作用并不明显,油菜对于镉污染土壤的净化作用较显著,但添加螯合剂对于提高修复水平效果并不显著。因此油菜较适宜作为镉污染土壤的修复植物,但添加螯合剂对植物修复的作用要视情况而定,不可盲目添加。     

Research progress and mechanism of nanomaterials-mediated in-situ remediation of cadmium-contaminated soil: A critical review

Cadmium contamination of soil is a global issue and in-situ remediation technology as a promising mitigation strategy has attracted more and more attention. Many nanomaterials have been applied for the in-situ remediation of cadmium-contaminated soil due to their excellent properties of the nano-scale size effect. In this work, recent research progress of various nanomaterials, including carbon nanomaterials, metal-based nanomaterials and nano mineral materials, in the removal of cadmium and in-situ remediation of cadmium-contaminated soil were systematically discussed. Additional emphases were particularly laid on both laboratory and field restoration effects. Moreover, the factors which can affect the stability of cadmium, main interaction mechanisms between nanomaterials and cadmium in the soil, and potential future research direction were also provided. Therefore, it is believed that this work will ultimately contribute to the myriad of environmental cleanup advances, and further improve human health and sustainable development.     

天然和热活化蛏子壳粉对污染土壤中Cd赋存形态的影响

为实现对Cd污染农田土壤的安全利用,通过室内培养试验,阐明天然蛏子壳粉、600℃热活化蛏子壳粉和800℃热活化蛏子壳粉在不同添加比例下对外源污染棕壤土中Cd赋存形态随时间变化的影响.结果表明,土壤pH随蛏子壳粉添加量的增加而增加,且不同蛏子壳粉在同一添加比例下随培养时间延长呈平稳下降趋势,但都明显高于对照.在整个培养期间,可交换态Cd呈现先升高后降低的趋势,同时各处理不同程度地提高了碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机结合态和残渣态Cd的含量.培养60 d后,各处理组对Cd形态转化的贡献率为800℃热活化蛏子壳粉>600℃热活化蛏子壳粉>天然蛏子壳粉,且三者使土壤中可交换态Cd含量分别降低了52.0%~67.1%、40.7%~45.7%、33.6%~43.6%.由土壤pH与土壤可交换态Cd含量的相关性分析表明,在培养5 d时,二者呈显著负相关关系,其余时期均呈极显著负相关关系.土壤pH是影响重金属离子发生吸附、解吸、络合和共沉淀的重要因素.研究显示,蛏子壳粉对污染土壤中Cd在有效性和形态转化方面起到一定的积极作用,从而为Cd污染土壤的修复利用提供了新的思路.      

土壤镉污染修复方法及生物修复研究进展

土壤镉污染主要由人为活动引起,镉在土壤环境体系中存在复杂多变的形态,文章介绍了土壤镉污染对生物体的危害性及其修复方法,综述了生物修复技术处理镉污染土壤的研究进展,并提出了展望。     

我国农耕土壤Cd污染与植物修复现状

中国人均耕地面积不足,农耕土壤的Cd污染问题对土壤资源的可持续利用和农作物的安全构成了巨大的潜在威胁。通过简述中国农耕土壤Cd污染现状和造成农耕土壤Cd污染的原因,并结合中原地区农耕土壤Cd污染调查情况,概述了中国近5年农耕土壤和农作物受到Cd污染的程度。总结近年来国家在济源开展植物修复土壤Cd污染试点工程及湖南启动长株潭耕地重金属污染修复以及农作物种植结构调整试点工程的修复效果,并简述了目前中国土壤的治理措施。最后,通过试点工程期间遇到的问题探究中国农耕土壤Cd污染的修复之路,展望未来Cd污染土壤修复工作的重点和预防措施。     

污灌区镉污染麦田安全利用技术的工程应用

为探索工程改良、植物修复、钝化修复、拮抗修复、钝化-拮抗修复技术在污灌区镉(Cd)污染麦田安全利用工程中的应用效果,研究了上述5类技术在河南省某典型污灌区应用后小麦籽粒Cd含量、土壤Cd含量和小麦Cd富集程度。结果表明:拮抗-钝化单一或复合修复可通过影响小麦籽粒Cd的富集和土壤Cd含量来降低小麦受重金属Cd的污染,如施用适量磷基+铁基矿物复合材料可降低38%小麦籽粒Cd含量,施用适量磷基矿物材料B小麦籽粒Cd含量可降低27%~48%,2种处理修复效果显著;其他技术虽有一定修复效果,但并不显著。小麦Cd富集系数(PUF_Cd)可作为评价污灌区Cd污染麦田安全利用工程中技术应用效果的参考指标之一。     

改性生物炭材料对稻田原状和外源镉污染土钝化效应

为研究改性处理后的生物炭对镉污染土壤钝化效应,以油菜秸秆制备的生物炭(BC)为原材料,通过不同处理(HNO_3氧化、NaOH碱化、KMnO_4浸渍、FeCl_3浸渍)制备改性炭材料,在室内连续培养试验中,分析了其对原土/外源镉污染土壤的钝化效应.结果表明,原炭及改性生物炭均降低了原状土壤有效态镉含量,其中Na OH和KMnO_4改性的炭材料钝化作用超过50%;在外源污染土壤中,NaOH、KMnO_4、FeCl_3改性炭材料均降低了土壤有效态镉含量,以添加10%的BC-KMnO_4较佳,降低作用超30%,HNO3改性炭却活化了3.8%~24.5%的土壤有效态镉.10%BC-KMnO_4显著降低原状土壤中可交换态镉含量达65.1%,而BC-HNO_3在外源污染土壤中活化可交换态镉含量高达20.2%.原炭及改性生物炭均增加了土壤中有机碳、盐基离子含量;原炭及NaOH、KMnO_4改性生物炭提高了土壤pH,HNO_3改性炭则降低了土壤p H;原状土中有效态镉含量与pH、交换性钠离子含量呈显著负相关,外源镉污染土中有效态镉含量则与pH、有机碳、交换性镁、钾、钠离子含量呈显著负相关.KMnO_4改性生物炭显著提高土壤pH,增加土壤有机碳和盐基离子含量,降低土壤镉活性形态含量,可作为优选的原位钝化修复材料,而HNO_3改性生物炭显著降低了土壤pH,提高了土壤有效态和可交换态镉含量,具有促进土壤镉生物有效性的风险.     

不同土壤调理剂对土壤镉和邻-苯二甲酸酯迁移转化影响

有机无机复合污染是目前普遍的土壤污染方式,镉是土壤污染中最主要的无机元素,因地膜的广泛使用,使得邻-苯二甲酸酯成为土壤中主要的有机污染物.故采用盆栽试验,以西南地区紫色土为供试土壤,小白菜为指示生物,分别添加不同含量梯度的镉（Cd）和邻-苯二甲酸（2-乙基己基）酯（DEHP）组成单一污染和复合外源污染模拟试验,研究钾长石粉、牡蛎壳粉、生物炭粉、氧化钙、碳酸钾和磷酸钙这6种常见土壤调理剂对污染土壤中镉形态及DEHP含量、小白菜中镉及DEHP吸收的影响.随后研究了生物炭添加量对污染土壤中镉和邻-苯二甲酸酯迁移转化的影响,选择对照土壤、Cd污染土壤和DEHP污染土壤复合污染为研究对象,通过盆栽试验研究了0%、0.5%、1%、3%和5%（质量分数）生物炭对污染土壤Cd形态和DEHP含量的影响.结果表明Cd-DEHP复合污染紫色土修复的最优土壤调理剂是生物炭.经过综合考虑,生物炭添加量为3%时,复合污染紫色土土壤的修复效果较好,且生长于土壤中的指示生物不受抑制.