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。     

淹水对土壤重金属浸出行为的影响及机制

为了明确淹水对土壤重金属浸出行为的影响及其作用机制,以实际场地重金属污染土壤为研究对象,开展了淹水实验。对淹水过程中土壤重金属的浸出浓度、氧化还原电位、pH、铁氧化物浓度及重金属形态等相关指标进行测定了分析。结果表明,淹水后,重金属浸出浓度随淹水时间呈现先增长后降低趋势。淹水初期(30 d),Cu、Zn、Cd和Pb浸出浓度分别增加了6.71%、4.03%、3.56%和4.55%。pH降低、有机质降解和铁氧化物还原溶解是导致重金属浸出浓度升高的主要原因。随淹水时间的持续增加,重金属浸出浓度逐渐降低并于90 d时趋于稳定。淹水结束时(180 d),Cu、Zn、Cd和Pb浸出浓度分别降低了23.78%、16.78%、15.48%和15.45%。重金属形态分析表明,淹水促使重金属赋存形态由酸可提取态转化为可还原态和可氧化态,降低了重金属活性;矿物成份分析证实了金属硫化铜物相的生成。新形成的无定形氧化铁对重金属的吸附作用和硫化物与重金属的化学沉淀作用是重金属浸出浓度降低的主要机制。该研究为淹水条件下重金属污染土壤风险控制提供了依据。     

水稻秸秆炭及组合改良剂对石漠化地区土壤-玉米系统中重金属迁移特征影响

化学固定是重金属污染土壤修复及改良技术之一。通过盆栽实验,研究了水稻秸秆炭及其与石灰、磷酸盐组合改良剂对石漠化土壤-玉米体系中As、Zn和Pb 3种重金属迁移的影响,分析了玉米及土壤重金属含量、形态变化。结果表明,几种改良剂均显著促进了玉米生长,地上部分生物量:水稻秸秆炭石灰+水稻秸秆炭石灰秸秆磷酸盐+水稻秸秆炭磷酸盐对照。水稻秸秆炭、石灰及其组合均能够提高土壤pH值,抑制重金属向玉米地上部分迁移。添加改良剂后土壤中As的弱酸提取态和可还原态含量显著降低,均小于3 mg·kg~(-1)。水稻秸秆炭、秸秆与石灰及其组合均能够降低土壤中重金属提取态和还原态量,能够降低玉米籽粒中重金属的含量,但玉米籽实中Pb依然超标。     

可渗透反应复合电极法对土壤重金属的电动去除

将零价铁(Fe0)、沸石等活性材料附着在电极上形成可渗透反应层并构成可渗透反应复合电极,采用不同的复合电极对Cd2+、Ni 2+、Pb2+和Cu2+等4种阳离子型重金属污染土壤进行了电动力学修复。研究了不同可渗透反应复合电极对土壤pH的控制效果以及对重金属的去除作用,分析了迁移到复合电极中的重金属形态变化。结果表明,复合电极中添加酸、碱性沸石并适时更换,可有效中和、截留阴阳极电解产生的OH-和H+,避免或减缓土壤酸碱迁移带的形成,防止重金属离子的过早沉淀及土壤过度酸化,极大提高了重金属的去除率。复合电极中Fe0可将迁移进来的重金属离子进行还原稳定,实现重金属污染物的捕获与固定,与迁移到沸石复合电极中的4种重金属不稳定态相比,"Fe0+沸石"复合电极中重金属不稳定态分别下降了61.4、60.5、61.4、57.1百分点。结果还显示,阴极采用"Fe0+沸石"复合电极并适时进行更换,施加1.5V/cm的直流电压修复10d后,土壤中Cd、Ni、Pb、Cu的总去除率分别为44.5%、41.5%、33.5%和36.7%,且进一步延长修复时间和持续更换电极可获得更为理想的修复效果。     

超声强化茶皂素对污染土壤中重金属去除效果的影响

利用超声强化茶皂素修复土壤重金属,研究了淋洗剂浓度、淋洗方式及淋洗时间对土壤中重金属Cu、Zn、Pb和Cd的修复效果及修复前后土壤重金属的形态变化。结果表明:茶皂素对土壤Cu、Zn、Pb和Cd的解吸率随着茶皂素浓度升高而增大,最大解吸率分别为48.60%、35.10%、28.10%和45.60%。单独采用超声导致低解吸率,而超声辅助振荡能增加重金属的解吸率(26.3%～61.6%)并缩短达到平衡状态的时间。双常数方程和Elovich方程均能较好描述3种淋洗方式下重金属的解吸动力学过程,重金属的解吸过程是非均相扩散。超声辅助作用下可以活化土壤中的重金属,并通过振荡减少重金属的酸提取态和可还原态,从而减少重金属可迁移性和生物可利用性。     

污泥热干化过程中重金属Pb、Cu、Zn的形态转化及稳定特性

基于不同干化工艺条件下,对城市脱水污泥在不同的温度下进行干化预处理研究,对干化后污泥中重金属的量及不同形态进行定量分析,研究污泥干化过程前后影响污泥中重金属含量及形态变化的条件因子。结果表明,污泥中不同重金属的含量差异较大,在不同工艺温度干化作用下,不同重金属形态含量发生了明显的变化,且不同重金属在干化过程中各形态含量变化差异较大。污泥在高温干化作用下,可使一部分重金属的交换态、可还原态和可氧化态向残渣态转化。高温对污泥中重金属形态有较好的稳定作用。研究结果对城市污泥热处理过程中重金属的污染迁移及控制有重要指导意义。     

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。     

零价铁对土壤中对氯硝基苯的还原作用

在常温常压下,利用零价铁(Fe0)还原土壤中的对氯硝基苯(p-CNB),研究反应产物随时间的变化以及反应条件对还原率的影响.实验结果表明,Fe0能够有效将土壤中的p-CNB还原成对氯苯胺(p-CAN),反应过程中先生成中间产物对氯亚硝基苯(p-CNSB),然后再进一步还原生成p-CAN.p-CNB还原率受到反应时间,土壤初始pH、温度、铁粉用量和土壤含水率等条件的影响.当p-CNB约为2.5×10-6mol/g,土壤初始pH为6.8,铁粉用量为50 mg,土壤含水率为75%时,在恒温生化培养箱中温度为(25±1)℃条件下,反应5 h后p-CNB还原率达到97.43%.     

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。     

土壤中零价铁还原3-氯硝基苯的作用

利用零价铁在常温常压下对土壤中的3-氯硝基苯的还原,对反应物和产物随时间的变化及反应的各个影响因素进行了研究。实验结果表明,零价铁能够有效地将3-氯硝基苯还原为3-氯苯胺,反应过程中没有检测到脱氯产物。其反应速率随铁粉用量、反应体系含水量的增加以及反应温度的升高而升高,随土壤初始pH值的升高而降低。在土壤中3-氯硝基苯含量约为2.5×10^-6 mol/g,铁粉使用量为25 mg/g,反应体系中含水量为0.75 mL/g,pH值为6.8时,在恒温生化培养箱(25±1)℃反应5 h后,3-氯硝基苯的还原率达到92.75％。     

菜籽饼施加对镉-铜污染土壤中重金属形态转化及其植物有效性的影响

选择菜籽饼作为有机物料,模拟水田条件,研究菜籽饼施用后重金属污染土壤中镉-铜的赋存形态的变化及其有效性的影响。结果表明,菜籽饼施加后,土壤pH波动在0.5内,变化较小。但在一定程度促进土壤中镉、铜由弱酸提取态向可还原态转化,残渣态占比变化均较小。经培养一定时间,植物有效态DTPA-Cd由1.26±0.03下降至0.69±0.03,下降幅度约为45.2%,DTPA-Cu由82.9±0.09下降至48.7±0.09,最大下降幅度约为41.3%,下降较为明显。同时,土壤溶液中可溶性碳(DOC)和可溶性氮(DON)的含量显著增加,分别增加约4.14倍和6.48倍,因此,菜籽饼应用于重金属污染水稻土改良,可以间接降低水稻中重金属的含量。     

零价铁对土壤中2-氯硝基苯的还原作用

在常温常压下利用零价铁(Fe0)还原土壤中的2-氯硝基苯(o-CNB),研究反应条件对还原率的影响以及反应产物在不同反应阶段的变化.GC-MS检测结果显示,o-CNB在还原过程中先生成2-氯亚硝基苯,最终生成2-氯苯胺.反应时间、Fe0用量、温度和土壤初始pH值等均会对o-CNB的还原率产生影响,其中土壤初始pH值控制在偏酸性、土壤温度较高时能显著提高其还原率.当o-CNB的初始浓度约为2.5×10-6 mol/g,Fe0加入量是25 mg/g时,经过4 h反应,o-CNB的还原率可达99%以上.此外,还初步探讨了Fe0还原o-CNB的反应机理.     

电动与渗透反应格栅联合修复镉污染地下水实验

通过实验方法研究了地下水中镉污染的电动力学修复效果,并分析其迁移变化特征。实验结果表明,电动修复中由于阴阳两极的氧化还原反应造成电极附近pH值产生明显变化,其中阳极附近的pH值由开始时的7.0逐渐变小到6.8,而阴极附近则相反,由开始时6.9逐渐增大到9.1,表明土壤的酸碱条件变化明显。Cd浓度变化反映在自然渗透条件下含水层中重金属污染物的迁移能力较弱,阳极附近地下水中Cd的去除率仅8.4%,而在电场作用下地下水中重金属的浓度发生明显变化,使得重金属污染物能在电极附近富集而被去除,当实验电场强度为0.5 V/cm时,Cd在阴极的累积使得阳极附近地下水中去除率为72.9%,说明电动修复重金属Cd污染地下水的效果明显好于自然渗透状态。     

基于茶渣的生物炭负载零价铁对水体和土壤中Cr(Ⅵ)的修复及机理研究

利用茶渣中的残余多酚类物质,通过绿色合成法制得零价铁(ZVI),并以茶渣烧制的生物炭(BC)作为载体负载ZVI,将制得的ZVI/BC材料用于去除水体中Cr(Ⅵ)及修复Cr(Ⅵ)污染土壤。结果表明,茶渣中提取的多酚可以成功还原Fe(Ⅱ)制备ZVI,且制得的ZVI/BC复合材料具有优秀的Cr(Ⅵ)去除能力;ZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程为单分子层化学吸附,ZVI为反应中心,其对Cr(Ⅵ)的吸附等温线符合Langmuir模型,在溶液初始pH为3时对Cr(Ⅵ)吸附性能最佳。与BC相比,ZVI/BC更能促进土壤中的铬从易被利用的可交换态、碳酸盐结合态向较难被利用的铁锰氧化态、有机态转化。ZVI/BC主要通过还原反应修复土壤和水体中的Cr(Ⅵ),同时也伴随着表面络合过程。     

Fenton预处理对城市污泥重金属形态及生物淋滤溶出影响

针对生物淋滤处理城市污泥重金属Cr、As和Pd的溶出效率较低的问题,采用芬顿(Fenton)氧化法对城市污泥进行预处理,考察Fenton氧化对污泥中重金属Cr、As和Pd赋存形态转化及后继生物淋滤过程溶出率的影响。实验结果表明,经pH=4.00、Fe~(2+)=1.00 g·L~(-1)、H_2O_2=9 g·L~(-1)的条件下Fenton预处理后,重金属Cr、As和Pb的存在形态均由稳定性较强的可氧化态和残渣态向不稳定的弱酸提取态和可还原态转化,其不稳定态比重分别由15%、30%、9%提高到了24%、41%、11%;生物淋滤实验结果显示,由于重金属形态变化,重金属Cr、As和Pb溶出率分别由52.71%、11.15%、33.19%提升至60.76%、24.32%、45.96%。Fenton预处理联合生物淋滤法提高了对重金属Cr、As和Pb的去除效果,有助于实现污泥的无害化处理处置。     

耕作土壤中钒的形态特征研究

利用改进的BCR法对不同类型、不同粒径耕作土壤中重金属钒(V)的含量及化学形态特征进行研究。结果表明,红壤中V达到264.9mg/kg,对环境及生物安全具有潜在风险;褐土和黑钙土中V含量相对较低,且褐土中V具有明显的粒级效应,即细颗粒中V含量较高。土壤中V(Ⅳ)占比明显高于V(Ⅴ),V主要以残渣态存在,但环境条件改变时,V(Ⅳ)易氧化为毒性更高的V(Ⅴ),可还原态和可氧化态能转化为弱酸提取态,导致生物有效性增强,对环境构成潜在威胁。因此,针对耕作土壤应加强V的重金属环境风险评价和监控。     

砷的价态分析 水中三价砷和总砷的测定(硼氢化钾—二乙氨基二硫代甲酸银分光光度法)

简介了解砷离子在水中存在的价态,既有利于判别和确定砷的污染源,又可间接了解水中某些微生物的活动对水的氧化还原特性的影响。因此,近年来,除测定水中总砷外,尚需对砷存在的价态进行分析     

焦磷酸钾对铜污染土壤的淋洗修复

焦磷酸钾是一种对农田土壤环境友好的物质。通过批处理振荡淋洗实验研究了所配制的焦磷酸钾淋洗液对模拟污染土壤中重金属铜的淋洗特性,探讨了淋洗时间、淋洗液pH和焦磷酸钾浓度对淋洗效果的影响,并讨论了土壤中铜在焦磷酸钾淋洗液作用下的解吸动力学和淋洗前后重金属形态变化特性。结果表明,淋洗时间越长、淋洗液浓度越大,淋洗效果越好。优化实验条件,淋洗浸提24 h、淋洗液pH为7.0、n(焦磷酸钾)∶n(铜)为7∶1,淋洗效果较好,铜淋洗率为40.51%。焦磷酸钾淋洗的铜主要以酸提取态和可还原态为主。焦磷酸钾淋洗液对土壤铜的浸提过程符合双常数方程,说明土壤中铜在焦磷酸钾淋洗液作用下的解吸是非均相扩散过程。     

铅锌厂重金属污染土壤的螯合剂淋洗修复及其应用

为探讨螯合剂淋洗法在修复铅锌厂周边重金属污染土壤的修复效果及淋洗后土壤利用价值,研究采用振荡淋洗的方法比较了乙二胺四乙酸(EDTA)、次氮基三乙酸三钠盐(NTA)、[S,S]-乙二胺-N,N-二琥珀酸三钠盐(EDDS)乙二醇-双-(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)4种螯合剂对不同污染程度土壤中Cd、Cu、Zn、Pb的去除效果,并用BCR连续提取法分析了淋洗前后土壤重金属形态的变化,最后通过黑麦草盆栽实验及土壤酶分析,探讨了土壤经淋洗后的利用价值。结果表明,4种螯合剂中EDTA对Cd、Cu、Zn和Pb的去除率比其他螯合剂的去除率高,其中对高污染土壤4种重金属离子的去除率最大,分别为Cd 90.98%、Cu 42.10%、Zn 56.98%和Pb 52.03%,4种重金属中Cd的去除效果分别为EDTANTAEDDSEGTA;EDTA能有效去除酸溶态、可还原态土壤重金属,而对可氧化态和残余态土壤重金属作用效果不明显;EDTA淋洗土种植黑麦草后土壤脱氢酶、碱性磷酸酶和β-葡糖苷酶活性均高于NTA淋洗后土壤中酶活性。综合考虑淋洗效率、淋洗剂的成本和利用价值等因素,可以认为,采用EDTA和NTA淋洗修复重金属污染土壤具有一定的实用性,并以EDTA效果较佳。     

EDTA/纳米羟基磷灰石联合修复重金属污染土壤

土壤淋洗可能导致残留重金属活化,采用淋洗/钝化联合修复重金属污染土壤可在一定程度上减少这一影响。研究了EDTA淋洗、纳米羟基磷灰石钝化及两者联合修复对土壤重金属洗脱率、TCLP浸出浓度、化学形态分布的影响,构建了涵盖土壤重金属残留量、生物有效性和生理毒性的环境风险评价方法,对淋洗、钝化及其联合修复进行了评价。结果发现,EDTA淋洗对Pb和Cu的洗脱效果较好,对Zn浸出浓度的削减率较高。当EDTA投加量为2 g·L~(-1)时,Zn的浸出浓度降低了70.40%。纳米羟基磷灰石对Pb和Zn具有较好的钝化效果,对Cu和Cd的钝化作用相对较弱。当纳米羟基磷灰石投加量为2%时,Pb浸出浓度削减率高达89.65%。淋洗/钝化联合修复大幅度降低了Pb和Cd的浸出浓度,降低了可还原态Cu残留量、可还原态和残渣态Cd残留量,以及弱酸提取态和可还原态Zn、Pb残留量。当EDTA和纳米羟基磷灰石投加量分别为1 g·L~(-1)和1%时,土壤重金属总环境风险削减率达到74.12%。EDTA对土壤中Cu和Cd的洗脱效果较好,后续钝化修复作用有限,Pb和Zn则可通过淋洗/钝化联合修复大幅度提高削减环境风险削减率。