珠三角农用地土壤重金属污染治理修复研究实践与展望

利用改性膨润土材料稳定钝化修复重金属污染土壤技术对珠三角典型农用地土壤重金属Cd,Pb污染修复进行了研究与应用探讨。在对选择的典型污染工作区进行污染现状详细调查与评价的基础上,以钙基膨润土为基础材料,研制了18种改性膨润土修复材料,通过吸附解吸重金属实验筛选出7种吸附能力较强的改性材料;并通过盆栽模拟修复试验和污染场地示范修复试验,最终筛选出对Cd,Pb污染土壤有较好修复能力的修复材料,即巯基化改性膨润土及钠化胡敏酸改性膨润土。     

生物炭和磷肥复合修复有色矿区重金属污染土壤的效果

以有色矿区污染土壤为研究对象,考察了生物炭和磷肥单施及复合施用对土壤重金属的钝化修复效果。单施生物炭或与磷肥复合处理土壤pH显著升高。单施磷肥及与生物炭复合处理显著提高了土壤TCLP提取态磷。生物炭和磷肥是较好的钝化土壤中Pb、Zn和Cd的修复材料,尤以P+HB处理的效果最好,使土壤TCLP提取态Pb、Zn和Cd分别降低39.4%、18.3%和41.8%,降低了重金属的迁移性和生物有效性。Pb的酸可提取态和可还原态主要向残渣态转化,而Zn和Cd主要向可氧化态转化。生物炭和磷肥复合对污染土壤中Pb、Zn和Cd的钝化有协同作用。     

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。     

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.     

电动力修复重金属复合污染土壤关键因素研究进展

基于电动力修复重金属复合污染土壤的核心机理和关键问题分析,介绍了现有实验模型的特点,详细分析了电动力修复复合污染土壤中主要影响因素,包括土壤理化性质、pH、修复液种类、污染物类型与形态、修复运行时间、电极材料等,提出了不同影响因素下电动力修复复合污染土壤实施的解决措施。     

原位化学钝化技术在重金属污染土壤修复中的研究进展

原位化学钝化修复技术是一种简单可行的修复技术,在重金属污染修复技术的推广中具有不可替代的作用。目前使用的钝化剂可以分为无机、有机和复合类新型三种,探讨了不同钝化剂钝化重金属的机理。从影响钝化效果的主要因素、评价指标、钝化机理、污染土壤的修复标准等方面分析了原位钝化技术研究现状和存在的问题。     

石油和重金属污染土壤的微生物修复研究进展

土壤石油和重金属污染严重,需要合适的修复技术,微生物技术在修复污染土壤方面有广阔的应用前景。文章介绍了石油污染土壤的微生物修复相关技术-生物刺激、生物强化、固定化微生物、微生物-植物联合修复以及电动-微生物联合修复,分析了现有工作的不足,预测了研究趋势;介绍了修复重金属污染土壤的微生物吸附技术及微生物-植物、化学钝化-微生物联用技术,阐述了修复过程对重金属的形态和生物可利用性的影响,指出了现有研究的缺陷和可开展的工作。在此基础上,扼要分析了石油与重金属的交互作用和污染效应,提出了两者复合污染土壤微生物修复技术的研究方向,为微生物修复技术的应用和推广提供了一定的思路。     

赤泥基纳米零价铁对多金属污染土壤修复效果

为实现重金属复合污染（Pb、Zn、Cu和Cd）土壤同步修复,构建土壤-小白菜体系,探究赤泥（RM）、纳米赤泥（RMn）以及纳米赤泥负载纳米零价铁（RMn-nZVI）这3种不同赤泥基钝化剂对Pb、Zn、Cu和Cd复合污染土壤的修复效果与机制,并考察土壤中Pb、Zn、Cu和Cd形态分布对小白菜积累Pb、Zn、Cu和Cd的控制作用.结果显示,3种钝化剂施用可显著提高土壤pH,降低土壤酸可提取态（F1）Pb、Zn、Cu和Cd含量,增加残渣态（F4）含量,最终钝化效果表现为：RMn-nZVI>RMn>RM.此外,3种钝化剂显著降低了小白菜可食用部分Pb、Zn、Cu和Cd的积累,其中RMn-nZVI处理下降低程度最高,Pb、Zn、Cu和Cd含量分别下降35.11%、45.05%、69.52%和59.63%.结果表明,纳米赤泥负载纳米零价铁新型钝化材料在重金属复合污染土壤修复领域具有一定的应用潜力.     

不同钝化剂对重金属污染土壤稳定化效应的研究

利用腐殖质、硫酸铵、石灰、过磷酸钙及其复配组合对污染土壤中的重金属进行快速钝化处理,根据稳定效率和钝化剂的钝化能力Cap值对钝化材料进行筛选,并采用BCR形态分级实验(European Communities Bureau of Referent,欧共体标准测量与检测局提取法)研究钝化前后土壤中重金属的形态变化.结果表明:1在单一钝化材料实验中,2%石灰稳定效果最好;在复配实验中,以2%腐殖质+2%石灰稳定效果最好,Pb、Cu、Cd、Zn稳定效率分别达98.49%、99.40%、95.86%、99.21%.2钝化能力Cap值顺序:石灰腐殖质+石灰硫酸铵+石灰磷肥硫酸铵+磷肥腐殖质+磷肥腐殖质硫酸铵.3BCR形态分级实验表明,腐殖质+石灰复合钝化剂对重金属的稳定化效应优于单一石灰处理.此外,当2%腐殖质先添加时Cd被活化,使Cd在随后加入的2%石灰处理下更容易转换为了稳定性较高的有机结合态和残渣态.     

改性材料对土壤重金属污染修复的进展研究

化学修复是土壤重金属污染治理的技术手段之一,使用修复材料对土壤中的重金属进行吸附和固定是其进行土壤修复的主要途径.为了提高修复材料的性能,增强对重金属的吸附性和固定作用,减少土壤环境多样性对修复材料性能的影响,通过化学及物理方法对石灰石、磷酸盐等传统化学修复材料进行改性,提升在土壤修复中的性能,培育和筛选应用范围广、抗干扰性强,环境适应性好的改性材料是近一段时间在土壤修复方向研究的重点.     

组配改良剂对污染稻田中铅、镉和砷生物有效性的影响

选取湖南某矿区重金属和砷复合污染稻田土,以盆栽实验研究了施用组配改良剂LMF(碳酸钙+偏高岭土+钙镁磷肥)对土壤中Pb、Cd和As的生物有效性和水稻糙米中Pb、Cd和As累积效应的影响.结果表明:施用LMF能显著增加供试土壤pH值、交换性盐基总量(TEB)和阳离子交换量(CEC),对盐基饱和度(BS)和有机质(OM)含量无显著影响.施用LMF能显著降低土壤中Pb、Cd的交换态和酸可提取态含量,以及降低Pb的TCLP提取态含量,对Cd的TCLP提取态含量无明显效果.LMF施用使土壤中As的交换态和TCLP提取态含量呈现先下降后上升的趋势,且均在施用量为2 g·kg-1时含量最低.随着LMF施用量的增加,水稻糙米中Pb、Cd的含量分别降低了8.44%~99.6%、27.5%~74.1%,而水稻糙米中As含量呈现出先下降后上升的趋势.除Cd的TCLP提取态和酸可提取态外,Pb、Cd和As的其它提取态含量与其在水稻糙米中的含量均呈现出显著正相关关系(p0.05或p0.01).     

牛骨炭与伊/蒙黏土组配改良剂对土壤中Cd的钝化效果

农田土壤Cd污染是我国最为突出的环境问题之一,开展新型钝化修复Cd污染土壤材料的研究和技术开发对保障农产品安全及保护人体健康具有重要意义.以北京某蔬菜生产基地设施大棚Cd污染土壤为试验对象,温室条件下采用盆栽试验,研究牛骨炭与伊/蒙黏土复合组配的改良剂对Cd污染土壤的钝化效果,探讨不同配比的组配改良剂对土壤Cd有效态含量以及小白菜Cd吸收量的影响.结果表明:在污染土壤中添加1%、2%和5%的组配改良剂,可明显降低土壤有效态Cd含量及小白菜对Cd的吸收,土壤有效态Cd含量降幅最大值达42.3%,小白菜地上部分Cd含量降幅最大值达22.7%,组配改良剂中骨炭成分比例越高,钝化效果越好,尤其以添加5%组配改良剂（添加组配改良剂中牛骨炭含量为50%）对Cd的稳定化效果最佳,且不同组配改良剂处理均不会对小白菜生长产生不良影响,表明牛骨炭与伊/蒙黏土组配的改良剂在修复Cd污染土壤上具有较好的应用潜力.研究显示,牛骨炭与伊/蒙黏土组配的改良剂符合绿色修复技术的发展要求,可作为钝化修复农田重金属污染土壤的环保新材料.      

Immobilization of lead in anthropogenic contaminated soils using phosphates with/without oxalic acid

Understanding the effects of oxalic acid (OA) on the immobilization of Pb(II) in contaminated soils by phosphate materials, has considerable benefits for risk assessment and remediation strategies for the soil. A series of phosphate amendments with/without oxalic acid were applied to two anthropogenic contaminated soils. We investigated the immobilization of Pb(II) by KH₂PO₄, phosphate rock (PR), activated phosphate rock (APR) and synthetic hydroxyapatite (HAP) at different phosphate:Pb (P:Pb) molar ratios (0, 0.6, 2.0 and 4.0) in the presence/absence of 50 mmol oxalic acid/kg soil, respectively. The effects of treatments were evaluated using single extraction with deionized water or CaCl₂, Community Bureau of Reference (BCR) sequential extraction and toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) methods. Our results showed that the concentration of water extractable, exchangeable and TCLP-Pb all decreased with incubation time. The concentration of water-extractable Pb after 120 days was reduced by 100% when soils were amended with APR, HAP and HAP + OA, and the TCLP-Pb was < 5 mg/L for the red soil at P:Pb molar ratio 4.0.Water-soluble Pb could not be detected and the TCLP-Pb was < 5 mg/L at all treatments applied to the yellow-brown soil. BCR results indicated that APRwasmost effective, although a slight enhancement of water-soluble phosphate was detected at the P:Pbmolar ratio 4.0 at the beginning of incubation. Oxalic acid activated phosphates, and so mixing insoluble phosphates with oxalic acid may be a useful strategy to improve their effectiveness in reducing Pb bioavailability.     

外源添加磷和有机酸模拟铅污染土壤钝化效果及产物的稳定性研究

有机酸可提高土壤磷有效性,且能影响对重金属的固定,其在磷活化和重金属钝化方面具有非常复杂的功能.本研究以模拟铅污染土壤为对象,外源添加磷和柠檬酸,采用BCR三步连续提取法、0.01 mol·L-1CaCl2提取和毒性淋溶提取法(TCLP)评价有机酸存在下磷对模拟铅污染土壤的钝化效果;以苹果酸、NaNO3溶液为解吸剂探讨磷-柠檬酸-铅体系的稳定性.结果表明,无柠檬酸时,酸提取态Pb含量随磷浓度的增加而降低;加磷100 mg·kg-1、400 mg·kg-1时,酸提取态Pb含量随柠檬酸浓度增加而显著增加.残渣态Pb与酸提取态Pb的变化趋势相反,说明磷能降低土壤铅的生物有效性,柠檬酸则作用相反.有机酸浓度一定时,随磷浓度增加,0.01 mol·L-1CaCl2提取和TCLP提取的铅含量均呈降低趋势,表明磷具有钝化铅污染土壤的效果;但磷浓度一定时,它们提取铅含量随柠檬酸浓度增加表现出相反的变化趋势.土壤铅的解吸率随苹果酸浓度增加、pH值减小、离子强度增加而提高,且只添加磷处理的土壤铅解吸量较添加磷和柠檬酸共同处理的土壤少,前者钝化的铅稳定性更高.     

Immobilization of lead in anthropogenic contaminated soils using phosphates with/without oxalic acid

Understanding the effects of oxalic acid (OA) on the immobilization of Pb(II) in contaminated soils by phosphate materials, has considerable benefits for risk assessment and remediation strategies for the soil. A series of phosphate amendments with/without oxalic acid were applied to two anthropogenic contaminated soils. We investigated the immobilization of Pb(II) by KH₂PO₄, phosphate rock (PR), activated phosphate rock (APR) and synthetic hydroxyapatite (HAP) at different phosphate:Pb (P:Pb) molar ratios (0, 0.6, 2.0 and 4.0) in the presence/absence of 50 mmol oxalic acid/kg soil, respectively. The effects of treatments were evaluated using single extraction with deionized water or CaCl₂, Community Bureau of Reference (BCR) sequential extraction and toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) methods. Our results showed that the concentration of water extractable, exchangeable and TCLP-Pb all decreased with incubation time. The concentration of water-extractable Pb after 120 days was reduced by 100% when soils were amended with APR, HAP and HAP + OA, and the TCLP-Pb was <5 mg/L for the red soil at P:Pb molar ratio 4.0. Water-soluble Pb could not be detected and the TCLP-Pb was <5 mg/L at all treatments applied to the yellow-brown soil. BCR results indicated that APR was most effective, although a slight enhancement of water-soluble phosphate was detected at the P:Pb molar ratio 4.0 at the beginning of incubation. Oxalic acid activated phosphates, and so mixing insoluble phosphates with oxalic acid may be a useful strategy to improve their effectiveness in reducing Pb bioavailability.     

石灰干化污泥稳定后土壤中Pb、Cd和Zn浸出行为的研究

以人工制备Zn、Pb、Cd污染土壤为研究对象,采用城市污水处理石灰干化污泥作为稳定剂,对污染土壤进行稳定化处理,并采用TCLP、SPLP、去离子水浸提和优化的BCR连续提取法对稳定化效果进行分析和评价.结果表明,单独使用石灰干化污泥,TCLP浸出浓度随着干化污泥质量分数的增加而显著减少,干化污泥的质量分数为40%时,稳定化率最大为Zn-99.54%、Pb-99.60%、Cd-99.85%.SPLP和去离子水浸出评价稳定效果时,Pb和Zn在加入质量分数10%和20%的干化污泥时浸出明显降低,但在加入30%和40%时由于在强碱条件Pb和Zn会再溶出,导致稳定效果变差.为了恢复植物生长功能,经过FeSO4和H3PO4调节pH后,石灰干化污泥稳定过的土壤pH有效降低,同时FeSO4和H3PO4有利于促进Pb和Zn的稳定效果.经稳定化后,土壤中的重金属可交换态降低,限制了土壤重金属的迁移.该研究结果表明石灰干化污泥可以再利用,应用于重金属污染土壤的稳定化修复中,并能改善稳定后土壤适宜植物生长的理化性质.     

复合改良剂对稻田Cd、As活性与累积的协同调控

为同时降低水稻糙米中Cd、As含量,以达到国家标准食品污染物限量标准,选取湘南某矿区Cd-As复合污染稻田土壤,以盆栽实验研究复合改良剂QFJ(羟基磷灰石+沸石+酸改性炭化秸秆)对土壤中Cd、As生物有效性及对水稻各部位累积Cd、As的影响,探讨QFJ对土壤Cd、As生物活性与稻米Cd、As累积的协同调控.结果表明:施用QFJ降低了水稻糙米中的Cd、As含量,施加量2g/kg时,糙米中Cd、As含量分别为0.19mg/kg和0.14mg/kg,均低于对照组的0.49mg/kg和0.27mg/kg,且同时低于0.2mg/kg,达到了国家标准食品污染物限量标准.施用QFJ提高了土壤p H值0.02~0.68单位,增加了土壤CEC、OM含量,同时土壤中Cd的酸可提取态、交换态及TCLP提取态含量分别降低了7.3%~32.5%、12.6%~39.8%和40.7%~60.1%,对As的交换态和TCLP提取态含量的影响趋势是先降低后增大.糙米中Cd含量与土壤中Cd的3种提取态含量存在极显著正相关关系,As含量与其土壤中TCLP提取态含量存在极显著正相关关系.当QFJ施加量在2g/kg水平时,土壤中Cd、As的生物活性可协同控制在较低水平,从而同时降低了糙米中Cd、As含量.施用QFJ使得Cd在水稻根表铁膜中的含量呈增大趋势,在水稻其他部位含量呈减小趋势;As在谷壳中含量呈减少趋势,在其他各部位呈先减小后增大的趋势.水稻吸收的Cd和As大部分累积在根部和茎叶部,各部位Cd累积率大小是白根茎叶糙米谷壳,As是茎叶白根糙米谷壳.根据Cd-As污染程度不同,可考虑施用2~4g/kg QFJ以达到水稻的安全生产.     

组配改良剂联合硅肥对Cd污染稻田的修复效果

选取湖南省浏阳市某Cd污染稻田进行田间试验,研究组配改良剂石灰石+海泡石（LS）、基施硅肥及叶面喷施硅肥对Cd污染稻田修复效果,结果表明：（1）基施硅肥90kg/hm²和叶面喷施硅肥（0.2,0.4g/L）对土壤pH值无明显影响,添加LS（2250,4500kg/hm²）的各处理均显著提高土壤pH值（P < 0.05）.（2）基施硅肥90kg/hm²分别降低土壤交换态、毒性特征浸出（TCLP）提取态Cd含量20.0%和18.5%,叶面喷施硅肥对土壤Cd两种提取态含量无明显影响,添加LS的各处理（2250,4500kg/hm²）分别使土壤交换态、TCLP提取态Cd含量降低25.8%~49.9%、26.4%~44.5%.（3）3种单一技术措施均能明显降低水稻各部位Cd含量,但降低糙米中Cd含量的效果低于3种技术措施的组合处理;“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”各处理（JL1F1、JL1F2、JL2F1、JL2F2）使水稻糙米中Cd含量降低25.6%~70.5%.（4）“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”的组合技术处理能显著降低土壤中Cd的有效性,显著降低水稻各部位中Cd含量,其中JL2F2处理效果最佳,能使对照糙米Cd含量从0.66mg/kg降低到0.19mg/kg,实现中重度Cd污染稻田的水稻安全生产.     

改良剂对污染土壤上蔬菜生长及吸收重金属的影响

通过盆栽试验研究了石灰、钙镁磷肥、海泡石3种改良剂对重金属As、Cd、Pb和Zn复合污染土壤上蔬菜生长及其吸收重金属的影响,并表征了土壤有效态重金属含量、pH及脲酶活性等指标变化。研究结果表明,施加石灰和钙镁磷肥可以促进蔬菜生长,其中,石灰处理下小白菜生物量较对照提高了99.0%;石灰和钙镁磷肥处理下,西红柿茎叶生物量分别比对照提高了80.7%和82.3%。施用改良剂提高了土壤pH和脲酶活性,土壤有效态重金属含量不同程度降低,特别是海泡石的后期修复效果明显。与对照相比,石灰和钙镁磷肥处理显著降低小白菜叶中As含量,明显抑制西红柿茎叶对As、Cd和Pb的吸收(p<0.05);施加石灰明显降低小白菜叶中Cd和Pb含量(p<0.05)。然而,海泡石对抑制蔬菜吸收重金属的效果不明显。石灰和钙镁磷肥能有效抑制重金属从蔬菜根部向地上部转运,可作为重金属污染土壤上种植农作物优先考虑施用的改良剂。