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。     

Pb污染土壤的钝化处理及Pb形态转化研究

将矿粉∶水泥熟料∶硅粉以51∶9∶40的质量比混合配制钝化剂处理人工配置Pb污染土(Pb分别为500、10 000mg/kg),通过对固化体试件力学性能、Pb浸出特性及形态分布的分析,探究土壤钝化剂对Pb的钝化效果与钝化机制。结果表明,两种Pb污染土经钝化处理后,养护28d的固化体试件无侧限抗压强度均能达到2.0 MPa以上,满足填埋的强度需求。其中,低浓度固化体试件养护28d的Pb浸出质量浓度均在0.6mg/L以下,Pb的钝化率高达97%以上。高浓度固化体试件养护28d的Pb浸出质量浓度降至50mg/L以下,Pb的钝化率达87%以上。钝化处理后,土壤中的Pb从不稳定的酸可提取态、可还原态向稳定的可氧化态、残渣态转化,磷化物及氯化物的添加可以增强钝化剂对Pb的钝化效果。钝化剂水化生成钙矾石和水化硅酸钙,并与Pb发生化学吸附及同晶替代反应生成固溶体是Pb钝化的主要机制。     

海泡石及其复配材料钝化修复镉污染土壤

选取湖北大冶Cd污染土壤,采用室外盆栽实验,研究了海泡石、酸改性海泡石以及二者与石灰、磷酸盐配合使用对油菜生物量、体内Cd含量以及土壤pH和有效态Cd含量的影响。结果表明,不同钝化剂处理均能有效提高油菜地上部和根部生物量,最大分别提高1.03和1.43倍,复合处理以及改性海泡石单一处理的增产效果优于海泡石单一处理。不同钝化剂处理均能显著降低油菜地上部和根部Cd含量,最大分别降低66.40%和22.68%。钝化剂复合处理比单一处理对降低油菜Cd吸收的效果显著,6%的钝化剂添加量较为合适。钝化剂复合处理以及海泡石单一处理均能显著提高土壤pH。不同钝化剂处理均能显著降低土壤有效态Cd含量,钝化剂复合处理对土壤Cd有效性的影响要比单一处理显著。综合实验结果,海泡石与磷酸盐复合处理对土壤Cd污染的钝化修复效果最佳。     

生物炭复配磷酸盐对Pb-Cd污染土壤原位钝化修复的研究

采用小区试验方法,选取生物炭、磷酸盐及两者复配材料作为钝化剂原位修复工业遗留场地Pb-Cd污染土壤,通过毒性浸出方法(TCLP)以及欧共体标准物质局(BCR)连续提取法分析钝化修复效果,以期获取最优化的钝化修复方法。结果表明,生物炭、磷酸盐及两者复配材料均能够有效降低土壤Pb、Cd的生物有效性和迁移能力。生物炭能提高土壤pH,使TCLP提取态Pb、Cd分别降低56.26%和83.54%,生物炭能促进重金属沉淀的形成进而提升残渣态Pb、Cd比例;磷酸盐主要通过矿物沉淀作用促使重金属由弱结合态向强结合态方向的转化,使TCLP提取态Pb、Cd分别降低70.66%、89.94%,残渣态Pb、Cd比例显著提升,进而有效降低Pb、Cd的生物有效性和迁移能力。生物炭和磷酸盐复配材料相比单一钝化剂材料未表现出协同作用,但复配材料在保证钝化修复效果的前提下,能补偿酸性磷酸盐造成的土壤酸化,在修复实践中更具应用优势。     

发酵鸡粪和有机磷肥对土壤中Pb、Cd污染的影响

研究了湘西地区常用的发酵鸡粪和有机磷肥施用对不同程度Pb、Cd复合污染土壤中乙三胺五醋酸(DTPA)提取态Pb(DTPA-Pb)、DTPA提取态Cd(DTPA-Cd)和土壤酶的影响,并研究了对于种植黑麦草(Lolium perenne L.)的影响。结果表明:(1)施用发酵鸡粪和有机磷肥均能显著改善土壤酸性,一定程度上提高土壤有机质含量。在加入质量浓度200mg/kg总Pb、2mg/kg总Cd复合污染土壤中施用有机磷肥,能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但在400mg/kg总Pb、4mg/kg总Cd复合污染土壤中钝化效果有限,其优先钝化DTPA-Pb。施用发酵鸡粪不能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd。(2)施用发酵鸡粪和有机磷肥均显著提高黑麦草鲜重。虽然施用有机磷肥能更有效的钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但对于黑麦草种植而言,施用发酵鸡粪能更有效的降低其对Pb和Cd的积累,并且主要积累到根部。(3)施用发酵鸡粪对土壤碱性磷酸酶活性、脱氢酶活性和脲酶活性有显著的促进作用。综合而言,湘西地区种植牧草黑麦草,施用发酵鸡粪比较合适,能有效改善土壤酸性,提高黑麦草鲜重和土壤酶活性,降低黑麦草对Pb和Cd的积累。     

不同Cd污染特征稻田施用钝化剂对水稻吸收积累Cd的影响

选择长株潭地区典型化工点源污染、污水灌溉面源污染和大气沉降面源污染的镉(Cd)污染稻田,研究钝化剂施用对稻田土壤Cd形态、水稻Cd含量的影响。结果表明,不同Cd污染特征稻田施用石灰对水稻产量无显著影响,但能显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量和水稻稻米及茎叶Cd含量;而施用钝化剂不仅可显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量、水稻稻米与茎叶Cd含量,还可增加水稻产量。通过钝化剂用量与产量的二次拟合曲线计算可知,北山、梅林桥、大同桥三实验点最高理论产量分别为7 879、9 274和9 064 kg·hm~(-2),对应的钝化剂施用量分别为1 557、1 248和2 752kg·hm~(-2);而钝化剂用量与稻米Cd含量的二次拟合曲线计算可知,三实验点最低理论稻米Cd含量分别为0.143 8、0.063 7和0.232 4 mg·kg-1,对应的钝化剂施用量分别为2 079、1 823和1 689 kg·hm~(-2)。研究结果还表明,Cd污染源对钝化剂降低土壤Cd有效性无显著影响,但会影响水稻对Cd的吸收积累。大同桥点施用石灰和钝化剂皆可显著降低土壤有效态Cd含量,但受污水灌溉的影响,稻米Cd含量较高;化工点源污染的北山点土壤有效Cd含量虽高,因污染源已断,施用石灰和钝化剂皆能显著降低土壤Cd的有效性和稻米Cd含量;而受大气沉降污染的梅林桥点,土壤Cd含量虽高,但土壤Cd有效性较低,施用石灰和钝化剂皆可有效钝化土壤中的Cd,并显著降低稻米Cd含量。     

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。     

胡敏素-赤铁矿复合物对外源添加镉污染富硒土壤的钝化

以本地富硒土壤提取的胡敏素(humin,HM)、制备的赤铁矿(hematite,α-Fe_2O_3)和胡敏素-赤铁矿复合物(HM-α-Fe_2O_3)作为钝化剂,对富硒土壤中的镉(Cd)进行钝化研究。结果表明,有效态Cd浓度与pH呈显著负相关(r=-0.729)(0.01P0.05)。与空白对照组(CK)处理对比,添加3种不同水平用量的HM(H1～H3),α-Fe_2O_3(F1～F3)和HM-α-Fe_2O_3 [(F-H)1～(F-H)3]处理并培养60 d后,土壤中有效Cd浓度分别降低14.21%～22.96%、21.25%～37.55%和13.45%～27.75%;可交换态Cd的浓度分别降低17.77%～23.34%、33.93%～45.39%和18.56%～22.07%。比较不同钝化剂的钝化效果,发现单独钝化剂中最佳处理组为F2(20 d),有效态Cd浓度的降低幅度最大(37.55%),但施加量也最大,易导致土壤碱性化;HM钝化剂在5 d达到最佳效果(H2);HM-α-Fe_2O_3中最佳处理组为(F-H)3(60 d),有效态Cd浓度的降低量与钝化剂用量、钝化时间都呈极显著正相关(r=0.631,0.428)(P0.01),说明其钝化效果与钝化剂用量、钝化时间呈现较好的线性增长关系,施用率低且效果明显。因此,HM适用于短期修复,而HM-α-Fe_2O_3适用于长期修复。HM与α-Fe_2O_3复合应用为充分利用土壤腐殖质和控制重金属流动性提供了新途径。     

磷回收产物对土壤中铜的原位修复作用

以鸟粪石形式回收废水中磷酸盐并将其应用于土壤中铜的钝化,通过测定土壤中pH、铜有效态含量和各形态铜含量等以考察磷回收产物(PRP材料)对土壤重金属铜的钝化修复能力,并用SEM/EDS和XRD等表征手段来揭示其修复机理。实验结果表明,PRP材料的主要成分为负载有鸟粪石的人造沸石;在15%PRP材料的投加比例下,土壤的pH增加了0.47个单位,土壤中铜有效态含量减少了50.4%,可交换态含量降低了49.4%,残渣态增加至2.1倍,一定程度上降低了铜在土壤中的生物活性;PRP材料对土壤中重金属Cu的钝化机制主要为吸附和沉淀的协同作用。     

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。     

钝化剂在烟草植物修复铅镉污染土壤中的作用

重金属钝化剂可以改变土壤中重金属的形态,降低其在土壤中的有效浓度、植物毒性及生物有效性,影响污染土壤中植物的生长及其对重金属的吸收。在温室盆栽条件下研究了施加羟基磷灰石（HA）、纳米羟基磷灰石（nHA）、纳米零价铁（nFe0）和纳米TiO2（nTiO2）对烟草植物修复铅镉污染土壤的作用。结果表明,HA降低土壤中Ph、cd的有效性、促进烟草生长、增加了烟草叶、茎、根中cd的吸收量和根系中Pb的吸收量,有利于Ph、cd的钝化和植物修复。nHA也可以降低土壤中Pb、cd的有效性,增加了烟草叶中cd的吸收量,有利于Pb、cd的钝化和cd的植物提取。nFe0和nTiO2：对于土壤Pb和cd的钝化作用和植物修复均没有显著影响。综合来看,HA最适合应用于烟草植物修复铅镉污染土壤。     

淹水条件下蚕沙复配材料对酸性水稻土中镉铅钝化的影响

通过室内淹水土培实验,研究蚕沙配施蚕沙炭、膨润土、腐殖质钾和泥炭对酸性水稻土中镉(Cd)、铅(Pb)的钝化效果,从土壤pH、有机质、有效态Fe、Mn含量变化初步探析蚕沙复配材料对镉、铅的钝化机制。结果表明,蚕沙复配材料均不同程度地提高了土壤pH和有机质含量,有效态Cd、Pb的含量随着淹水时间的延长都有不同程度的降低。培养28d后,与对照相比,添加了蚕沙+蚕沙炭(CB)、蚕沙+腐殖质钾(CF)、蚕沙+蚕沙炭+腐殖质钾(CBF)、蚕沙+泥炭(CN)处理的土壤有效态Cd分别降低了16.07%、15.51%、11.08%、7.76%,有效态Pb则降低了32.54%、27.12%、37.72%、42.31%。其中蚕沙+蚕沙炭(CB)对镉的钝化效果最好,蚕沙+泥炭(CN)处理对铅的钝化效果最好,综合来看,CB和CN处理同时对镉铅有很好的钝化效果,可以作为镉铅复合污染土壤的修复材料。相关分析结果显示,土壤的pH、有机质与有效态Cd、Pb含量均呈显著负相关关系,表明蚕沙复配材料对土壤中镉、铅的钝化作用可以通过提高土壤的pH、有机质含量来实现。     

矿物材料对Cd污染土壤中Cd的钝化效果

采用土壤培养实验,研究了海泡石、钙基膨润土、钠基膨润土、汉白玉和石灰5种矿物材料在3个添加量下对Cd污染土壤p H和CEC、Cd植物有效性、浸出毒性和生物可给性以及Cd形态分布的影响。结果表明:几种矿物材料均可显著提高土壤p H和CEC。与对照相比,添加几种矿物材料后土壤p H提高0.46~1.15个单位,CEC增加5.8%~39.3%,其提高幅度随添加量的增加而增大。添加矿物材料显著降低土壤Cd的植物有效性(DTPA-Cd)、浸出毒性(TCLP-Cd)和生物可给性(SBET-Cd),且DTPA-Cd、TCLP-Cd和SBET-Cd含量的降低比例分别为9.4%~27.5%、6.4%~23.8%和7.7%~20.5%。添加几种矿物材料后,土壤中酸提取态Cd含量显著降低,残渣态Cd含量显著增加,可还原态和可氧化态Cd含量无明显变化。与对照相比,土壤酸提取态Cd含量降低6.2%~31.4%,残渣态Cd含量增加2.8%~9.7%。几种矿物材料中,海泡石和汉白玉对土壤Cd钝化效果相当,且优于其他矿物材料。     

云南个旧矿区Pb污染稻田土壤钝化修复

针对云南个旧矿区铅污染稻田土壤,研究了复合钝化剂S1(纳米活性炭+硅钾钙镁肥)、S2(火山石+钙镁磷肥+有机肥)和叶面硅肥F单一及联合施用共5种不同调控处理(S1、S2、F、S1+F、S2+F)的田间修复效果及对稻米铅累积的影响。结果表明,5种调控措施对水稻均能产生增产效应,其中两种联合处理(S1+F、S2+F)水稻的增产效果明显优于单一处理(S1、S2、F);经过1个水稻生长周期,5种调控处理土壤pH值较对照均有上升,土壤酸可提取态Pb含量均有降低。与对照相比,S2+F处理水稻增产29.7%,土壤pH上升0.48个单位,土壤酸可提取态Pb降低45.5%,糙米Pb含量降低80.4%、且远低于国家食品卫生标准(GB 2762-2012)。采用复合钝化剂S2(火山石+钙镁磷肥)基施与水稻灌浆期和抽穗期分别喷施叶面硅肥F的土壤钝化-农艺联合调控措施能有效阻控个旧矿区污染土壤中Pb的迁移,降低糙米中Pb的含量,提高矿区稻米安全质量,可在Pb污染农田推广应用。     

紫外辐照改性生物炭对土壤中Cd的稳定化效果

以废椰子壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照改性生物炭,探究改性生物炭对土壤中Cd的钝化效果。通过改性生物炭对溶液中Cd~(2+)的等温吸附实验表明,经过16 h辐照后的生物炭吸附效果最好,对溶液中Cd~(2+)的吸附量可达67.46 mg·kg~(-1)。通过添加不同生物炭含量(0、1%、3%、5%和10%)对土壤中Cd的修复实验发现,生物炭的添加可以提高酸性土壤的pH值,但经紫外辐照改性后的生物炭对pH值改变能力不如未改性生物炭。此外,生物炭的添加可使土壤中弱酸提取态和可还原态Cd向可氧化态转化,紫外辐照改性可显著提高这一能力。改性生物炭对土壤中Cd的钝化与表面含氧官能团有关。     

赤泥对污染土壤Pb、Zn化学形态和生物可给性的影响

通过土壤培养实验,研究添加赤泥对污染土壤中Pb、Zn化学形态和生物可给性的影响。结果表明,不同赤泥用量处理均可显著降低土壤中HOAc提取态Pb、Zn含量。当赤泥用量为5%时,培养1、2和3个月后,HOAc提取态Pb含量分别比对照下降62.5%、65.3%和73.5%;HOAc提取态Zn含量分别比对照下降56.7%、65.8%和67.4%。培养3个月后,只有1%赤泥用量处理显著降低了土壤中生物可给性Pb含量,而不同用量赤泥处理均显著降低了土壤中生物可给性Zn含量。研究表明赤泥是一种钝化污染土壤中Pb、Zn的潜力添加剂。     

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.     

海泡石基钝化剂对猪粪中铜、锌钝化的影响

研究了海泡石基钝化剂在猪粪自然堆沤过程中对重金属铜、锌钝化的影响。采用Tessier五步提取法分析猪粪、土壤中铜、锌形态变化,并将钝化后的猪粪施用于油菜盆栽试验。结果表明:不同施用量的海泡石对猪粪中的铜、锌进行钝化时,海泡石添加比例超过5%(质量分数),钝化效果较好;采用不同海泡石基钝化剂时,施用改性海泡石-赤泥(海泡石、赤泥质量比1∶1)钝化效果最明显,猪粪中可交换态铜、锌分别降低36.79%和33.35%。施用钝化猪粪与未处理猪粪相比,油菜的铜、锌吸收率分别降低5.94%～12.13%和4.21%～11.68%。可见,海泡石基钝化剂能有效降低猪粪中铜、锌的活性及其生物吸收性,且以改性海泡石-赤泥作为钝化剂效果最优。     

改性沸石对土壤铅、锌赋存形态的影响简

通过室内土壤培养实验,研究改性沸石对污染土壤中Pb、Zn赋存形态的影响。结果表明,土壤中的Pb主要是以Fe-Mn氧化物结合态存在,土壤Zn主要以残渣态存在。添加天然沸石和改性沸石不同程度地降低土壤酸提取态Pb、Zn的含量,提高土壤残渣态Pb、Zn的含量。与CK处理相比,添加4种沸石导致土壤酸提取态Pb含量降低8.7%~40.3%,土壤酸提取态Zn含量降低10.5%~49.8%（培养1个月）。硝酸钾改性沸石比天然沸石更能显著地降低土壤酸提取态Pb、Zn的含量,而氢氧化钠改性沸石和硝酸钾改性沸石比天然沸石更能显著地降低土壤酸提取态的Zn含量。培养1、2和3月后,不同沸石处理导致土壤残渣态Zn比率分别比CK处理提高14.4%~23.5%、19.6%~23.7%和1.9%~11.1%。研究结果表明,天然沸石经过一定方法改性后,是固定污染土壤Pb、Zn的潜在改良剂。     

利用钝化剂控制城镇街道灰尘重金属污染

为控制城镇街道灰尘中重金属污染,降低重金属生物有效性,采用向街道灰尘样品加入钝化剂溶液的方法,分别研究了不同施用量的单一钝化剂K_2HPO_4和Na_2SiO_3以及2种钝化剂以不同质量比组成的混合钝化剂对成都市街道灰尘中的Cu、Pb和Cd的生物有效性的影响。结果表明,在K_2HPO_4或Na_2SiO_3施用量为灰尘质量的1%时,即可有效钝化灰尘中的Cu、Pb和Cd,使其生物有效性分别降低27.9%、33.9%、53.2%或36.1%、34.4%、48.5%;继续提高钝化剂的施用量对降低灰尘中重金属生物有效性无显著作用;当总钝化剂施用量不变时,K_2HPO_4和Na_2SiO_3以1∶1组成混合钝化剂对灰尘中Cu和Pb的钝化效果优于单一钝化剂。使用重金属钝化剂可降低街道灰尘中重金属的生物有效性,在城市环卫喷洒用水中添加适量钝化剂一定程度上会达到控制飞灰与控制重金属污染的双重目的。