土壤重金属铅镉形态和有效态的提取方法研究

选择一步提取法(CaCl2法、NaNO3法、NH4NO3法、HCl法)提取土壤铅镉有效态含量,顺序提取法(BCR提取法、Tessier提取法)提取土壤中铅镉各形态含量。结果表明,4种一步提取法对供试土样有效态铅镉的提取效率为HCl法NH4NO3法CaCl2法NaNO3法。当镉质量浓度为0~20、40~90 mg/kg时,BCR法对土壤中镉的总提取率分别为104.9%、105.3%,Tessier法对土壤中镉的总提取率分别为101.7%、98.9%;当镉质量浓度为20~40mg/kg时,两种顺序提取法的提取效果均不佳。BCR法适合铅质量浓度为20 000~45 000 mg/kg时应用,此时BCR法对铅的总提取率为99.8%;Tessier法适合铅质量浓度为0~1 500、9 000~15 000mg/kg时应用,此时Tessier法对土壤铅的总提取率分别为100.7%、90.9%。土壤重金属铅镉各形态的含量受土壤自身pH影响不明显,但在遇到外界酸性环境影响时容易发生重金属铅镉迁移。     

磷酸盐稳定化处理铅污染土壤及铅的形态分析

以某铅酸蓄电池厂铅污染土壤为供试土壤,投加不同比例的磷酸二氢钾稳定化处理污染土壤,测定土壤中铅的浸出浓度,以考察磷酸二氢钾对土壤中铅的稳定化效果,并采用BCR（European Community Bureau of Reference）连续提取法进行形态分析,分析磷酸二氢钾对土壤中铅形态分布的影响。结果表明：随着磷酸二氢钾投加比的增加,各处理组铅的浸出液浓度呈下降趋势,投加比为6%时铅的浸出含量可满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》中0.25 mg·L-1的浓度限值,达到了预期的稳定化效果。随处理时间延长,磷酸二氢钾对土壤中铅各形态分布变化规律如下：酸可提取态铅和可还原态铅含量呈下降的趋势,可氧化态和残渣态铅则呈增大的趋势。各形态铅含量在前10 min都快速变化,随后变化趋缓。经过磷酸二氢钾处理过的污染土与污染原土相比,酸可提取态和可还原态显著降低,可氧化态和残渣态显著提高。     

Tessier连续提取法用于土壤铬分析的Cr(Ⅵ)-Cr(Ⅲ)转化及适用性

为揭示Tessier连续提取法应用于土壤总铬(TCr)和六价铬[Cr(Ⅵ)]结合态分析的适用性,通过液相和土壤相实验,分别研究了提取液自身还原性组分及土壤残留还原剂在各个提取步骤中导致的Cr(Ⅵ)-Cr(Ⅲ)转化问题。结果表明,提取液中还原性组分会在铁锰氧化物结合态和有机结合态的检测中导致Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ),可还原的Cr(Ⅵ)最大量分别为50.88和0.54 mg;经还原修复后的铬污染土壤中残留还原剂会在可交换态和碳酸盐结合态的检测中导致Cr(Ⅵ)的还原。提取过程中Cr(Ⅵ)-Cr(Ⅲ)的转化限制了Tessier连续提取法在铬污染土壤中的应用。当用于了解铬污染土壤TCr、Cr(Ⅵ)结合态的分布时,Cr(Ⅵ)铁锰氧化物结合态和有机结合态检测结果均显著低于真实值,TCr结合态的检测结果重现性较差。当用于评价修复后土壤中Cr(Ⅵ)结合态变化时,可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态的检测结果均可能显著低于真实值。研究可为利用Tessier连续提取法准确评估铬污染土壤修复效果提供参考。     

地质聚合物固化稳定化重金属复合污染土壤

以污染土壤部分替代偏高岭土,在碱激发剂的作用下制备地质聚合物稳定化处理Pb、As、Cd复合污染土壤,研究了其稳定化效果及处理后固化体中重金属的赋存形态。结果表明:污染土壤部分替代高岭土降低了固化体抗压强度,从力学性能上看,土壤掺量低于50%时,能满足建筑材料的强度要求(10 MPa),掺量为60%仅能满足固废填埋要求(5 MPa),土壤掺量≥70%均不能满足要求。随着土壤掺量增加,对土壤中重金属的稳定化效果也逐渐降低,当土壤Pb、As和Cd浓度分别为600、80和22 mg·L~(-1)(HJ 350-2007B)时,土壤掺量在20%~50%,固化体中3种元素浸出浓度均低于浸出标准;当土壤掺量达到60%时,Pb的浸出浓度不能满足标准要求,当土壤掺量增加至70%,固化体中Pb、Cd浸出浓度均超标。固定土壤掺量为30%,随着污染土壤中重金属含量的增加,浸出浓度也增加:土壤中3种重金属浓度为HJ 350-2007B时经过30 d的稳定化处理,浸出浓度满足标准要求;而当浓度达到HJ 350-2007B的2倍时,Pb浸出浓度超标;达到HJ 350-2007B的3倍时,3种Pb、As和Cd均超出浸出标准。固化体中Pb、As、Cd的形态研究表明,外源重金属进入土壤后多以活性较高的形态存在,经过固化稳定后活性态占比降低、残渣态占比增加。     

粉煤灰对猪粪堆肥重金属形态及浸出特性的影响

本研究以猪粪为原料,粉煤灰为钝化剂进行好氧堆肥,通过Tessier连续提取法与pH-依赖性浸出实验,研究粉煤灰对堆肥前后重金属形态及不同pH条件下重金属的浸出特性的影响。结果表明,粉煤灰对Zn的钝化效果较Cu更为显著,与原料相比Zn的残渣态增幅为18.97%。堆肥的浸出实验表现出很强的pH依赖性,Cu、Zn和DOM的浸出浓度在中性条件下(pH 6~8)低,在酸性(pH6)和碱性(pH8)环境中高。在pH为3~9的范围内,添加粉煤灰的实验组中Cu和Zn的浸出浓度低于对照组。因此,添加粉煤灰可降低堆肥重金属的浸出风险。     

石灰干化污泥对土壤重金属稳定化处理的效果

以采自湖南省嘉禾县重金属复合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和BCR连续提取法对稳定化效果进行分析和评价。研究结果表明,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-98.92%、Cd-99.06%、Pb-96.84%;但是干化污泥的高pH值导致稳定后土壤中As的浸出增加。为了恢复植物生长功能,经过亚铁盐和磷酸调节pH后,石灰干化污泥稳定过的土壤pH有效降低,同时亚铁盐和磷酸有利于促进Pb和Zn的稳定效果;但是对Cd的稳定有负面影响;另外,亚铁盐的加入同时可以减少As的浸出浓度。经处理后土壤中重金属形态由不稳定态转为稳定态,使重金属的浸出浓度明显降低,减少了土壤重金属的浸出毒性。该研究结果表明,石灰干化污泥可以作为资源回收利用,应用于重金属污染土壤的修复中,并能改善稳定后土壤适宜植物生长的理化性质。     

有机螯合剂与磷酸盐联合稳定垃圾焚烧飞灰中重金属的作用机理

为探讨二硫代氨基甲酸型有机螯合剂(FACAR)和重过磷酸钙(TSP)对垃圾焚烧飞灰中重金属Pb、Cd、Ni的稳定作用机制,对稳定前后的飞灰采用BCR连续提取法、X射线衍射(XRD)分析以及扫描电镜-能谱(SEM-EDS)联用等分析方法进行了表征。结果表明：投加质量分数5%的FACAR能有效稳定飞灰中Pb、Cd和Ni,其浸出浓度低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)规定的浸出浓度限值;采用3% FACAR和3% TSP复配药剂处理,可使飞灰达到GB 16889-2008进场要求;经复合药剂稳定处理后的飞灰颗粒表面孔隙度明显降低,飞灰中Pb、Cd和Ni的形态均由不稳定态向稳定态转化。该复合稳定剂的稳定机制主要为螯合、共沉淀和吸附联合作用机制,其中,有机螯合剂中含硫官能团是影响重金属稳定的主要因素,且重金属具有优先与含硫官能团结合的特性。     

汞、铅、铬污染土壤的微生物修复

利用裂褶菌(Schizophyllum commune)GGHN08-116菌株,以棉籽壳、玉米秸等为固体发酵底物修复受汞、铅、铬污染的土壤。通过菌丝穿透重度重金属土壤实验,研究了菌丝在穿透土壤过程对交换态重金属的影响以及该菌株子实体对重金属离子的富集能力,同时,通过盆栽实验研究了在重度重金属污染土壤上,施用不同比例的固体发酵料对污染土壤中汞、铅、铬及其胡萝卜根茎质量、产量的影响,研究结果表明,该菌株能穿透厚度为5 cm的土壤,并有子实体生成,土壤pH值略有下降,与对照差异不显著;与对照相比,土壤中交换态汞、铬含量均显著下降,而交换态铅差异不显著,子实体中除汞含量符合标准外,铅、铬均超出了GB 7096-2003,GB 2762-2005规定标准。在固体发酵料处理下土壤中交换态汞、铅、铬含量均显著下降,胡萝卜根茎中均未检测到汞、铅含量,铬含量也符合GB 2762-2005规定标准。GGHN08-116菌株及其固体发酵产物具有修复受重金属污染土壤的能力。     

生物炭负载Fe3O4对猪粪厌氧消化中重金属Cu、Zn形态的影响

为研究生物炭(BC)负载Fe_3O_4对猪粪厌氧消化中重金属形态的影响,采用化学共沉淀法将Fe~(2+)/Fe~(3+)和水稻秸秆BC复合制备Fe_3O_4/BC复合材料,将其作为钝化剂添加到以猪粪为原料的厌氧消化反应中。通过Tessier连续提取法与pH-依赖性浸出试验,探究BC和Fe_3O_4/BC对重金属形态的影响以及不同pH条件下沼渣中重金属浸出浓度的变化。结果表明,添加Fe_3O_4/BC对Cu和Zn的钝化效果更显著,与空白对照(CK)相比,添加BC和Fe_3O_4/BC后Cu的残渣态质量分数分别增加了-10.46%和52.40%,Zn的残渣态质量分数分别增加了16.82%和42.14%。厌氧消化后沼渣的浸出试验表现出很强的pH依赖性,Cu、Zn浸出曲线呈现出"V形",在中性环境中(pH 6～8)Cu、Zn和溶解性有机质(DOM)的浸出浓度较低,在酸性(pH6)和碱性(pH8)环境中较高。在弱酸弱碱条件下(pH 5～9),添加Fe_3O_4/BC后Cu和Zn的浸出浓度均低于添加BC的试验和CK组。因此,添加Fe_3O_4/BC可有效降低厌氧消化后沼渣中重金属的浸出风险。     

不同活化剂对镉、铅单一及复合污染土壤的修复效果影响

选取柠檬酸(CA)、木醋液(WV)、聚天冬氨酸(PASP)、羟基乙叉二磷酸(HEDP)和FeCl_3作为活化剂,以镉、铅单一和复合污染土壤为研究对象,采用振荡淋洗法结合形态分析技术研究活化剂对重金属污染土壤的修复效果。结果表明:(1)重金属单一污染时,5种活化剂对镉、铅均有一定的淋出效果,淋出效率均随活化剂浓度的增大而增大。活化剂通过淋洗实验主要淋出酸溶态和可还原态重金属。(2)重金属复合污染时,金属离子间的竞争作用会不同程度地影响重金属在土壤中的存在形态,进而影响重金属的淋出效率,多数情况下,铅的存在会促进镉的淋出,但镉的存在会抑制土壤铅的释放。     

废弃等离子显示屏玻璃中重金属化学形态分布

通过BCR3步和BCR4步连续提取法,对等离子体显示屏玻璃中重金属的化学形态进行研究。结果表明,BCR3步连续提取法对废弃等离子体显示屏玻璃中重金属的提取比BCR4步连续提取法更稳定。废弃等离子体显示屏玻璃中Zn、Cu和Ag化学形态分布存在差异。BCR3步和BCR4步连续提取法均认为Ag以残渣态为主要赋存形态,对环境影响比较小;Cu的可交换与弱酸可溶态或交换态和碳酸盐结合态含量较少,潜在的环境风险也比较小;BCR3步和BCR4步连续提取法对Zn的形态分布结果评价不一致,BCR3步连续提取法表明Zn主要以可交换与弱酸可溶态为主,对环境影响较大,而BCR4步连续提取法结果认为Zn是以铁锰氧化态为主要存在形态。     

几种硫化物对紫色土汞的稳定化效果及优化稳定条件

以西南地区广泛分布的紫色土-灰棕紫泥为对象,探讨了硫化物种类(S、Na_2S、FeS、Na_2S_2O_3和DTCR(二硫代氨基甲酸盐))、用量对不同水平汞污染土壤的稳定化效果。结果表明5种硫化物对土壤汞均具有显著的稳定化效果。固定S:Hg摩尔比为1:1条件下,在1.5～250 mg·kg~(-1)汞污染土壤中,几种硫化物稳定效率相对大小顺序:DTCRNa_2SNa_2S_2O_3SFeS。Na_2S和DTCR在高浓度汞污染土壤中均表现较高的稳定化效果,在不同汞污染浓度下均能在3d内使土壤浸出汞浓度满足美国固体废弃物毒性浸出程序(TCLP)浸出标准要求(0.2 mg·L~(-1)),Na_2S_2O_3稳定效果相对较差,对250 mg·kg~(-1)的汞污染土壤,稳定化处理时间需要15d才能达到浸出标准要求,当汞污染浓度≥150 mg·kg~(-1)时,S和FeS不能满足浸出标准要求。固定汞污染浓度为150 mg·kg~(-1)稳定化效果取决于硫化物的用量,其中,仍然以DTCR效果最好,S:Hg=1稳定化处理3 d时即可达汞浸出标准。Na_2S和Na_2S_2O_3则均需要在较高的浓度下才能实现汞的稳定化,但是过高的用量会导致土壤中HgS再次溶解,两者的最佳施用量为S:Hg=5。元素S和FeS则需要以S:Hg5稳定化处理7 d以上才能达到浸出标准要求。土壤中汞的浸出活性与其赋存形态有关,交换态(Exc-Hg)和碳酸盐结合态汞(Carb-Hg)与土壤浸出汞浓度呈显著正相关,高效稳定剂显著促进了汞向有机质结合态(OM-Hg)和残渣态(Res-Hg)转化。硫化物稳定化处理9个月内土壤中浸出汞浓度始终维持在极低水平,满足持续稳定化要求。     

骨炭和硫化钠联用修复镉-锌污染土壤

以湖南东江湖矿渣堆场土壤为研究对象,利用骨炭-硫化钠组合制剂修复矿区镉锌污染土壤,目的是探讨组合制剂修复重金属镉-锌复合污染土壤效果。采用美国固体废弃物毒性浸出程序(TCLP)评价修复效果,并对最佳处理组采用改进的BCR形态分析法进行分析。结果表明,与对照相比,骨炭-硫化钠使土壤中TCLP浸提态Cd和Zn分别降低了15.88%~58.82%和7.91%~73.60%,同时土壤pH提高了0.26~3.00个单位,且当投加4%骨炭和2%硫化钠时对土壤中镉和锌稳定效果达最佳;最优处理组镉的酸可提取态下降了4.8%~11.5%,锌的酸可提取态下降了4.3%~12.7%。因此,骨炭-硫化钠组合制剂能有效修复镉锌复合污染土壤。     

胡敏素钝化修复重金属Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)污染土壤

通过土壤培养实验,研究了添加胡敏素对污染土壤中Cu、Pb生物有效性和化学形态的影响。结果表明,添加胡敏素可显著降低重金属的浸出浓度。当投加2%的胡敏素5 d后,土壤中重金属Cu~(2+)和Pb~(2+)的浸出浓度分别下降45.16%和56.97%,并且投加胡敏素10 d后对重金属的钝化基本达到稳定。尿素、硫酸铵、磷酸二氢钾可显著提高胡敏酸对Pb的钝化效果,浸出浓度分别下降了29.36%、23.57%和28.69%,但对Cu的影响不明显。进一步的研究表明,投加2%的胡敏素钝化处理30 d后土壤中交换态铜和铅的所占的比例由原来的15.68%和15.79%下降到了0.48%和1.22%,而有机态铜和铅的比例则由5.35%和10.93%上升到了13.24%和27.32%。因此,采用胡敏素作为重金属污染土壤的钝化剂具有广阔的应用前景。     

EDTA在铅污染土壤治理中的优化处理方法

为了探究EDTA在土壤重金属污染治理中的优化处理方法,采用湿筛和水中重力沉降的方法,从人工Pb污染土壤（原土）中分离提取砂土、粉土和粘土,分析讨论了EDTA对土壤中Pb的去除效果,并从EDTA清洗前后土壤中Pb的BCR形态分布出发,分析了EDTA对不同粒径土壤中各形态Pb的去除效果。研究发现,实验用土壤中砂土、粉土和粘土含量分别为11.2%、75.6%和13.2%,EDTA浓度越高,土壤中Pb去除效果越好,且砂土中Pb最易被去除（~100%）,粉土与原土其次（88.66%~96.50%）,粘土最难被去除（64.78%~79.60%）,但随着EDTA浓度增加,粒径对去除Pb的影响减弱。在土壤修复实践中,可通过利用不同浓度EDTA处理不同粒径土壤的方法达到优化效果。BCR形态分布说明外源性Pb进入土壤后主要以弱酸提取态和可还原态存在,EDTA清洗主要去除弱酸提取态和可还原态,粘土中的各形态去除率均最小。     

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。     

外源铅在不同类型土壤的形态转化

采用为期60 d的室内培养方法探究南方典型红壤和灰壤中添加高浓度外源铅后Pb稳定化过程。结果表明,加入高浓度外源铅后,土壤有效态Pb含量在培养期内呈现先降低后稳定的趋势,培养30 d后DTPA(二乙烯三胺五乙酸)-Pb浓度基本达到稳定平衡,土壤离子交换态Pb、碳酸盐结合态Pb含量明显降低,形态-BAC风险评价方法表明,供试土壤均能在自然条件下降低铅的生态风险危害,能为修复铅污染土壤工程应用提供科学依据。     

氮肥对污染农田土壤中铅的调控效应

用铅污染农田土壤做盆栽试验,研究了氮肥品种和施用量对小白菜吸收铅及土壤中铅形态的影响.结果表明,在氮肥施用量相同的条件下,施用不同形态氮肥对小白菜地上部及根系吸收铅有显著影响;适量的NH4NO3不会对小白菜地上部造成显著影响,增施Ca(NO3)2也不会造成小白菜地上部含铅量的继续增加;各施氮处理的土壤pH较不施氮处理的土壤pH均有不同程度的降低,且以(NH4)2SO4处理的土壤pH下降幅度最大,施用Ca(NO3)2的处理的土壤pH变化不显著;氮肥在一定程度上会影响土壤中各形态含铅量,其中对交换态、碳酸盐结合态、无定形氧化锰结合态,无定形氧化铁结合态及有机结合态含铅量影响较大,但并未改变各形态铅的分布顺序;小白菜吸收的铅主要来源于土壤中的交换态铅,但也可吸收部分碳酸盐结合态铅、铁锰氧化物结合态铅及有机结合态铅,甚至可吸收部分残渣态铅.     

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)、-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EDTA>NTA>EDDS> EGTA;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。     

粉煤灰合成沸石应用风险评估研究

以粉煤灰为原料通过改良水热法合成了粉煤灰合成沸石,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、BET比表面积等技术手段对其进行了表征;对粉煤灰合成沸石浸出毒性以及出水部分重金属离子浓度进行了实验研究;将使用后的粉煤灰合成沸石与土壤混合用于玉米盆栽实验,同时设置不加粉煤灰合成沸石的对照组,研究使用后粉煤灰合成沸石农用的效果。结果表明:(1)粉煤灰合成沸石主要物相成分为P型沸石,BET比表面积比粉煤灰增加了53倍(从0.867m2/g增加到45.804m2/g)。(2)粉煤灰浸出毒性均低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)规定的浸出毒性鉴别标准值,其中铬、铜、镍未检出;出水部分重金属离子浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中相应标准值,其中镉、铅、镍均未检出。(3)粉煤灰合成沸石添加于土壤中,对土壤pH影响不大(从6.81升至6.99),但实验组玉米根茎叶长势均好于对照组。