土壤气相抽提法去除红壤中挥发性有机污染物的影响因素研究

土壤气相抽提技术(SVE)是一种安全、经济、高效的土壤治理技术,广泛应用于不饱和土壤中挥发性有机污染物的去除.本实验以我国南方典型土壤红壤(粘性较大的土壤)为实验土样,选用最常见的挥发性有机物苯作为污染物,采用一维土柱通风模拟SVE过程,研究了通风流量、土壤含水率以及间歇操作对苯污染红壤去污过程的影响.结果表明,在各土柱垂向气相中苯浓度变化趋势一致,通风初期浓度迅速降低后进入长时间的拖尾阶段,拖尾阶段初期进行间歇操作可降低能耗达到较经济的治理效果.通风流量与土壤含水率是影响净化时间和修复效果的重要因素,两者均存在最佳值.当通风流量为600 mL/min,含水率为17.2%时本实验净化时间降低为36 h,去除率为99.9%,达到了最佳的治理效果.     

土壤pH和Eh对重金属铬(Ⅵ)纵向迁移及转化的影响

土壤自身pH和Eh是重金属铬(Ⅵ)在土壤迁移转化中的重要影响因素。为了研究铬(Ⅵ)在土壤不同初始pH和Eh条件下的纵向迁移与转化,调节土壤pH和Eh,采用室内土柱连续降雨淋溶实验,制备5种不同性质的土样进行土柱淋溶实验,在不同时刻不同埋深处取土样,并溶解过滤取上清液测试铬浓度(原子分光亮度计法)。结果表明,酸性条件下的土壤吸附性较好,氧化条件下的土壤迁移性最强,还原条件下的土壤中被转化还原为铬(Ⅲ)的量最多。因此,可以通过调节土壤的pH和Eh来有效地控制铬的迁移和转化。一方面,调节土壤pH,增大pH值,减弱土壤吸附能力并加速淋滤出土壤中的铬(Ⅵ);另一方面,调节土壤Eh,降低Eh值,促使土壤中铬(Ⅵ)的还原,转化成毒性较小的铬(Ⅲ),减轻土壤铬污染,改善土质。     

模拟酸雨对磷酸二氢钾钝化污染土壤Cu、Cd、Pb和P释放的影响

以磷酸二氢钾(PDP)钝化后的重金属污染土壤为研究对象,通过室内土柱淋溶实验,考察在pH为3.5、4.5和5.6的模拟酸雨作用下土壤Cu、Cd、Pb和P的释放特征。结果表明:PDP处理较对照处理显著增加了淋出液中pH、电导率(EC)和总有机碳(TOC)含量,但不同pH模拟酸雨对对照和PDP处理淋出液pH、EC和TOC含量影响较小。对照处理中,正磷酸盐含量维持在较低水平(0.02~0.13 mg·L~(-1));PDP处理下,正磷酸盐含量在1~3 L和4~12 L分别是《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)五类水标准(总磷含量0.4 mg·L~(-1))的55.1~819倍和9.46~46.6倍,对地表水表现出较大的富营养化风险。PDP处理较对照处理显著降低了淋溶初期淋出液中的Cu、Cd和Pb含量,但是随模拟酸雨pH降低,对照和PDP处理的土壤淋出液中Cu、Pb含量均未表现出显著差异。因此,PDP处理能够显著钝化污染土壤中的Cu、Cd和Pb,但需关注酸雨淋溶下过量磷释放对地表水富营养化的潜在风险。     

某尾矿库附近各土壤层对U(Ⅵ)的吸附特性

针对南方某铀尾矿库附近棕红壤剖面中的淋溶层、淀积层和母质层等土层对铀的吸附机理和空间分布规律进行了探讨。采用比表面测定、X射线荧光、扫描电镜、傅里叶变换和X射线衍射等方法对各土层样的理化性质、结构和形貌进行了表征分析;采用静态吸附法考查了时间、U(Ⅵ)初始浓度、pH、温度、粒径等因素对各土层吸附U(Ⅵ)的影响;并使用热力学和动力学方程对吸附过程进行了模拟分析。结果表明,25℃下淋溶层和淀积层pH均为6.2、母质层pH为4.1时,其对U(Ⅵ)最大吸附量分别可达23.60、22.82和13.05 mg·g~(-1)。热力学和动力学拟合结果分别表明,各土层对U(Ⅵ)更符合Langmuir方程(R~20.999)和准二级动力学模型(R~20.98)。风化程度,Fe、Mn、Al、Ca等元素及有机质含量,pH和土壤粒径等因素是各土层对U(Ⅵ)吸附能力不同的主要原因;同时,外源铀进入土壤剖面后,大部分聚集在土壤表层,随着深度的下降的铀含量也逐渐降低。研究结果可为土壤剖面中的铀和其他重金属的污染防治提供参考。     

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.     

污泥淋溶器的改进对重金属淋溶行为的影响

为增强污泥淋溶器固定污泥重金属的效果,降低其淋滤液中重金属含量从而更加安全地农业利用,在前期研究基础上对污泥淋溶器进行了改进,实验不同高度开孔和在污泥中间垂直放置黑网两个改进措施。研究表明,距淋溶器底部2 cm处开孔,污泥淋滤液的Cd和Cu总量显著低于底部开孔(原始污泥淋溶器)。淋溶器底部2 cm形成厌(缺)氧层使得下层硫化物态Zn、Cd和Cu含量显著高于孔的上层,提高了污泥重金属的生物稳定性。添加中间黑网可显著降低污泥淋滤液Cu总量。上述污泥淋溶器的两个改进措施均可有效固定污泥中某些重金属,减小污泥淋滤液重金属累计总量,促进污泥淋滤液更安全农用。     

Cr、Ni、Cu和Cd在珠三角某区域工业污染场地包气带和潜水层中的迁移规律

为了探索污染场地"土壤-潜水含水层岩土-潜水"系统中同种重金属在3种环境介质中的定量关系和迁移规律,在珠三角某区域46个可能受Cr、Ni、Cu和Cd污染场地建设了61眼地下水监测井,同址采集61组表层(0~20 cm)土壤、潜水层岩土和潜水样品,并从3个污染场地采集了直径19 cm,高分别为103、81和79 cm的3个原状土柱,用于土柱淋溶实验,研究了土柱中Cr、Ni、Cu和Cd在垂直剖面上的形态分布特征和淋溶特征。结果表明:潜水中Cr、Ni、Cu和Cd含量与表层土壤和潜水层岩土中弱酸提取态含量间存在定量关系,最佳拟合函数均为三次函数,特别是Cr、Cu的函数有很好的相关性(决定系数R2均大于0.97)。每20 cm一层分析原状土柱中Cr、Ni、Cu和Cd的全量和形态分布,同种重金属在3个原状土柱表层土壤中全量和弱酸提取态含量占整个土柱比例均最高,均超过50%,土柱中Cr、Ni、Cu和Cd的全量和弱酸提取态含量随着土柱深度增加都明显减少。土柱淋溶实验结果表明,淋出液中Cr、Ni、Cu和Cd含量与表层弱酸提取态含量显著相关,黏粒含量高和阳离子交换量大的土壤对Cu的淋溶有抑制作用。建议在重金属污染场地调查和修复时,充分考虑弱酸提取态在"土壤-潜水含水层岩土-潜水"系统中的"桥梁"作用。     

添加造纸污泥对土壤-白萝卜系统中镉迁移的影响

采用盆栽实验方法研究了红壤、紫色土母质发育的水稻土(红壤、紫色土)添加不同量的造纸污泥对土壤-白萝卜系统Cd迁移的影响。结果表明:添加造纸污泥能提高土壤的pH、有机质、N、CEC,降低紫色土有效态Cd含量;添加造纸污泥显著降低了白萝卜叶、地下茎中Cd含量,显著降低土壤-白萝卜系统中Cd的转运系数及富集系数;Cd的转运系数和富集系数与土壤pH、有机质存在显著负相关关系;红壤和紫色土中造纸污泥最适添加量分别为5%、10%时,白萝卜根茎中Cd含量以及Cd的转运系数和富集系数可达到相对最低值。造纸污泥农用能够在一定程度上降低重金属有效性,阻止其在土壤-作物系统中的迁移,可以为造纸污泥资源化和安全利用提供新途径。     

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。     

降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤稳定性的影响研究

通过模拟加速老化实验和土柱淋溶实验，探究降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤效果稳定性的影响。结果表明：模拟降雨加速老化对土壤中有效镉含量的影响不显著，但是加速老化12 a后，土壤中有效铅由(2.74±0.35) mg/kg增加到(3.66±0.39) mg/kg(模拟自然降雨)和(3.59±0.19) mg/kg(模拟酸雨)。在添加磷基材料的土壤中，模拟降雨加速老化后，镉和铅有效性变化不显著。在土柱淋溶实验体系中，模拟4个月降雨当量的酸雨淋溶后，所有处理组的滤出液镉离子和铅离子始终低于0.1μg/L。对照组的表层(0～5 cm)土壤pH显著低于其他剖面层；不同剖面层土壤的镉、铅有效性和赋存形态变化较小，5～10 cm剖面层土壤的酸可溶态镉比例高于表层土壤。在添加磷基材料F、F700的处理组中，土壤pH、镉和铅的有效性与赋存形态在垂向上大多不存在显著差异，但底层(10～15 cm)土壤的酸可溶态镉和铅比例高于其他剖面层。综上所述，磷基材料能够有效固持土壤中镉和铅，削减降雨对重金属的活化-释放作用。     

垃圾焚烧飞灰添加对沥青铺路烟气苯系物释放的影响

为探究垃圾焚烧飞灰(以下简称飞灰)添加对沥青铺路烟气中苯系物的影响,实验室模拟研究了不同的温度区间(50～80、80～145、145～165、165～200、200℃恒温)及飞灰添加量(质量分数分别为0、3.0%、4.0%、5.0%)条件下,沥青烟气中苯系物的释放规律。结果表明:温度对苯系物的释放有显著的影响,苯系物释放浓度随着温度的增加而增加,在50～80、80～145、145～165、165～200℃及200℃恒温5个温度区间内苯系物的平均浓度较上一区间分别增加了1.02、2.22、0.50、1.08倍。实验中飞灰的添加对沥青烟气中苯系物的释放浓度无显著影响,但对各单体影响不同。当飞灰添加量为3.0%时,苯、乙苯、二甲苯(间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯)、三甲苯(1,3,5-三甲苯、1,2,4-三甲苯、1,2,3-三甲苯)释放浓度增加了16.78%、20.65%、37.69%、9.72%,随着飞灰添加量的继续增加其浓度增幅逐渐减少。     

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。     

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。     

环嗪酮对生态环境影响评价研究

在实验室测定了环嗪酮有不同ｐＨ条件下的水解、不同土壤中的降解及其在直径为２ｃｍ长为３０ｃｍ的玻璃管中的淋溶移动情况，试验结果表明，环嗪酮在ｐＨ为５、７、９三种不同缓冲溶液中的水解半衰期分别为５１７９．３、２４１３．９、８６６．４天；在东北黑土、江苏黄棕壤、浙江黄壤与江西红壤四种不同土壤中的降解半衰期分别为４０．３、９．６、７７．１和１２０．３天；在上述四种土壤中的移动速率次序为东北黑土＜江苏黄棕＜浙江黄壤＜江西红壤。田间试验结果表明，环嗪酮在试验区土壤中的淋溶性能极高，施药后半月内即可淋溶到６０～１２０ｃｍ深的土层中，淋溶到６０ｃｍ以下土层中的量占环嗪酮总使用量的１４．７％，在试验区内外的观测井中也检测到它的残留。但其在土壤的消失速率也很快，施药２个月后，在试验区各土层与观测井中均已无残留检出，在试验区环境条件下，它的使用将不会导致对地下水的污染。     

模拟酸雨对土壤中的铜释放与缓冲作用研究

研究了模拟酸雨淋溶过程中对南方主要土壤重金属Cu的缓冲及释放现象。结果表明，土壤的Cu释放量随淋溶模拟酸雨pH值的下降而增大，酸雨的pH值是影响土壤重金属离子释放和迁移的主要因素，当pH〈3．0时，Cu的释放量明显增加，并且增长迅速。此外，淋溶量也是影响土壤中Cu释放的重要因素。     

石油烃在不同土壤中的气相自然衰减规律

挥发性有机物(VOCs)在包气带中的迁移扩散是土壤和地下水中可挥发污染物自然衰减的重要机制,也与蒸气入侵暴露和风险评估密切相关。采用微宇宙实验对12种挥发性石油烃(正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、苯、甲苯、乙苯、对二甲苯)在4种土壤(黑土、黄土、红土、石英砂)中的气相自然衰减机制和气态生物降解动力学规律进行了研究。结果表明,正构烷烃、环烷烃和苯系物蒸气在4种土壤中的气相自然衰减去除率都遵循黑土>黄土>红土>石英砂的规律;黑土中生物降解对污染物去除率的贡献高于黄土,而红土和石英砂中的生物降解速率极低;4种苯系物的自然衰减和生物降解潜力远高于正构烷烃和环烷烃;苯系物气相生物降解速率排序为：甲苯>苯>乙苯>对二甲苯。本研究结果可为蒸气入侵定量风险评估和石油污染场地自然衰减速率定量评估提供参考。     

天津地区不同茄子种植模式对土壤氮磷淋溶损失的影响

蔬菜种植具有水肥需求量大等特点,导致菜地土壤氮磷淋溶损失(以下简称淋失)风险较高。茄子作为中国主要的蔬菜种类之一,其种植地氮磷淋失问题不容忽视。为探索降低茄田土壤氮磷淋失风险的种植模式,采用田间渗滤池技术,对不同种植模式(茄子单作、茄子/小白菜间作、茄子/小白菜间作+黄花菜/矮化石榴植物篱、茄子/小白菜间作+柠条/沙棘植物篱)下菜地土壤淋溶液中氮磷含量进行监测,研究茄子不同种植模式对土壤氮磷淋失的影响。结果表明,在4种种植模式中,以茄子/小白菜间作+黄花菜/矮化石榴植物篱对TN、NO_3~-淋失拦截效果最佳,较茄子单作分别降低46.14%、51.62%;然而,不同种植模式对NH_4~+的淋失拦截无显著差异。与茄子单作相比,其他种植模式对TP的淋失拦截显著,其中以茄子/小白菜间作最佳,较茄子单作相比显著减少了40.80%。在茄子生产过程中,茄子/小白菜间作+黄花菜/矮化石榴植物篱能够有效降低土壤氮磷淋失风险,是适宜天津地区治理菜地氮磷淋失的一种有效措施,研究成果将为治理天津地区面源污染提供技术指导。     

改性硅酸钙对Cd2+的吸附性能及其对Cd污染土壤的修复潜力

通过吸附-解吸实验和土柱淋溶实验,研究了改性硅酸钙对镉(Cd~(2+))的吸附性能及对Cd污染土壤的钝化效果。结果表明,改性硅酸钙对Cd~(2+)有较强的吸附能力,其吸附平衡时间在60 min左右,对溶液pH有较宽的适应范围,且当pH呈中性时,对Cd~(2+)的吸附效果最好。由Langmuir模型拟合结果可知,改性硅酸钙对Cd~(2+)的饱和吸附容量可达441.55 mg·g-1。改性硅酸钙对Cd~(2+)有较好的吸附稳定性,适合用于Cd污染土壤的修复。土柱淋溶实验表明,改性硅酸钙对Cd污染土壤的钝化效果明显,不仅降低淋溶液Cd~(2+)含量,使淋溶液Cd~(2+)累积量显著降低47.01%,还使土壤CaCl2-Cd浓度显著降低94.4%,并促使土壤易溶态Cd向难溶态Cd转变。     

微曝气阻隔技术处理污染场地土壤气中苯的研究

以北京某焦化厂苯精制车间废弃场地为研究对象,挖开10m×10m×4m的污染土基坑作为风险管控区,并进行微曝气阻隔技术处理,以期实现风险管控区的土壤气苯污染管控。结果表明,不曝气时,土壤中微生物主要为厌氧微生物。曝气1次不足以改变深层土壤的厌氧状态,对浅层土壤而言无法达到好氧微生物所需的足够O2,使得苯既不能被厌氧降解也不能被好氧降解,反而因扰动作用加速了苯的逸出,使得苯含量不减反增。再曝气3次后,各土层O2含量均大幅增加,污染土层中苯质量浓度降至0.79mg/m3,而清洁土层中苯质量浓度全部降到了0.22mg/m3以下,能够满足《污染场地挥发性有机物调查与风险评估技术导则》(DB11/T 1278—2015)土壤气中苯的筛选值(3.95mg/m3)。     

2种南方土壤污水渗滤土地处理系统中磷元素的放射性示踪动力学比较实验

为了比较不同土壤的污水渗滤土地处理系统对磷的去除效果,在模拟土柱中采用磷同位素(32P)示踪技术,研究污水中磷进入红壤和紫色土不同土层后的行为动力学特征.实验结果表明,污水中磷在红壤中滞留率高于紫色土,而在紫色土中的迁移性则强于红壤.对于紫色土,污水带入的各无机磷组分按比例大小排序为;磷酸铁盐(Fe-P)>闭蓄态磷(O...