土壤电场和机械组成对土壤磷迁移的影响

土壤磷随水迁移是土壤侵蚀和农田面源污染发生的重要因素之一。本研究通过电解质浓度和类型(Na⁺和K⁺)调节土壤电场,通过加入直径为2～3 mm的石英砂颗粒来调节土壤的机械组成,探究土壤电场和机械组成对土壤磷迁移的影响。结果表明：1)土壤磷迁移主要以颗粒态磷为主,例如,在浓度为0.01 mol·L^-1的Na⁺体系中,颗粒态磷迁移量是溶解态磷迁移量的31倍;2)与Na⁺相比,K⁺能显著降低土壤电场,减少土壤颗粒态磷而增加溶解态磷的迁移;3)土壤颗粒态磷和溶解态磷的迁移量均随电解质浓度增加而降低,电解质浓度增加降低土壤电场强度和作用力程,土壤团聚体稳定性增强,从而有利于土壤磷的保持;4)添加石英砂后改变了土壤机械组成,能够显著改变土壤磷的迁移规律,且与离子类型有关;5)土壤电场和机械组成共同作用控制着土壤磷的迁移。本研究可为土壤磷迁移以及农田面源污染防控提供一定理论参考。     

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。     

腐殖质纳米颗粒对镉污染土壤的修复

外源腐殖质可改变土壤镉(Cd)的含量和状态。以风化煤为原料制备的不溶性胡敏酸为吸附剂,对比研究了其对冶炼厂周边污染土壤及人工模拟污染土壤中Cd的钝化效果。再以泥炭为原料,制备富里酸钾为主的水溶性腐殖酸钾为淋洗剂,用于活化、去除上述2种土壤中的Cd。结果表明,胡敏酸在砂质的人工模拟污染土壤中钝化效果更好,2%的剂量可使土壤中Ca Cl2提取态Cd的浓度(0.103 mg·L~(-1))降低19.7%。腐殖酸钾去除土壤Cd的效率随淋洗剂浓度增加而提高,在10 g·L~(-1)的浓度时,单次淋洗可去除高达38.1%的Cd。傅里叶变换红外光谱分析表明,腐殖质与Cd反应后形成了羧酸盐。因此,腐殖质纳米颗粒既可以钝化土壤中的Cd,也可以活化土壤中的Cd,从而达到修复Cd污染土壤的目的。其关键在于根据钝化或活化的目标,选择溶解度适当的腐殖质材料。     

烃类污染土壤热强化气相抽提技术的脱附动力学

为研究烃类污染土壤热脱附净化效率的影响机制,采用热强化气相抽提技术(soil vapor extraction,SVE)处理烃类污染土壤,探讨了通气速率、抽提气中水蒸气的浓度(gas water content,GWC)、土壤含水量(soil water content,SWC)对热强化SVE处理效率的影响,并采用LDF和Freundlich动力学方程对脱附处理过程进行了拟合。结果表明:在120℃的条件下,以通气速率80 mL·min~(-1)、GWC 15%和SWC 10%为最优处理工艺,气体在土壤空隙中间的传质速率加快,能明显缩短热强化SVE的处理时间;通气速率从40 mL·min~(-1)提高到80 mL·min~(-1)时,处理时间从425 min缩短至350 min;GWC从0%增加到15%时,处理时间从350 min缩短至105 min;GWC从15%增加到25%时,处理时间从105 min延长到240 min;当SWC为10%时,热强化处理时间缩短至290 min;当SWC从10%增加到15%时,处理时间从290 min延长至390 min。通过分析可知,LDF方程适合简单条件下(通气速率)的拟合,当通气速率为80 mL·min~(-1)时,偏差率为4%。Freundlich方程更适合复杂(土-水-气)体系下的拟合,GWC为15%时偏差率为3.8%,SWC为5%时偏差率为2.6%。以上结果可为开展热强化SVE处理烃类污染土壤研究提供参考。     

赤泥添加对石灰性土壤中Pb、Cd形态分布及小麦根系的影响

通过田间种植小麦实验,研究添加不同剂量拜耳赤泥(0%、1%、2%、3%、4%和5%)对重金属污染的石灰性土壤Pb、Cd化学形态和小麦幼苗根系的影响。培养1个月,添加赤泥显著地提高了土壤p H值,提高幅度随赤泥投加量增加而增大。培养3个月,添加不同剂量的赤泥均明显降低土壤中可交换态Pb和Cd的含量,赤泥投加量为5%时效果最为显著,分别比对照下降90%和72%。添加赤泥对所种植小麦幼苗的根系也有影响。种植5个月,小麦根系总根长、总表面积和总体积等随添加赤泥的剂量增加呈现先增大后减小的趋势,赤泥投加量为3%时增幅最大,总根长、总表面积和总体积分别比对照增加88.23%、75%和90.32%。研究表明,赤泥可作为重金属污染的石灰性土壤的理想改良剂,但考虑到小剂量赤泥(即1%~3%)促进重金属污染农田中小麦根系的生长,建议在种植区采用小剂量赤泥(即3%)处理的重金属污染修复方案。     

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。     

基于超声波机械搅拌耦合作用下赤泥对二氧化碳的固化封存

以拜耳法赤泥为二氧化碳(CO_2)固化剂,提出了基于超声波机械搅拌耦合作用下赤泥吸收二氧化碳的新思路,以期实现"以废治废"、行业气固两类废弃物得到高效综合利用的目标。以拜耳赤泥吸收低浓度二氧化硫的前期研究为基础,自行设计了超声波与机械搅拌耦合作用的鼓泡反应器,利用其"空化作用"与机械搅拌的耦合作用促进赤泥对低浓度二氧化碳的高效吸收。考察了在焙烧条件、温度、搅拌桨转速、液固比、气体流量、超声波功率对赤泥吸收二氧化碳的影响规律,得到最优条件,焙烧后可以大大提高赤泥对CO_2的固定能力,单独机械搅拌作用下,赤泥吸收CO_2适宜的条件为:反应温度25℃、气体流量0.025 m3·h~(-1)、液固比为6:1和搅拌转速150 r·min~(-1),此时最大固碳量为71.72 g·kg~(-1),加入超声波后固碳效果进一步提高,最佳超声波功率为600 W。     

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。     

含磷材料对矿区铅镉污染土壤重金属形态转化的影响

以湖南郴州东江湖风景区矿区遗留地重金属污染土壤为研究对象,研究了3种含P材料,及其与蒙脱石的组合材料,对矿区土壤铅镉污染的修复效果.实验设6组处理,分别为P1组、P2组、P3组、P1 +M组、P2+M组、P3 +M组,通过添加5％的稳定剂,稳定2d后,分析土壤中铅镉的形态变化.实验结果表明:添加含P材料,及组合材料后,土壤中铅镉的离子交换态、铁锰结合态、有机结合态大幅度降低,残渣态显著升高.对Pb离子转化效果均在90.00％以上,Cd离子的转化效率相对较差,最优P1处理效果为74.20％.离子交换态的减少,有效地降低了重金属的生物有效性,有效地降低了环境风险.同时,含P材料均增加了土壤有效磷的含量,对矿区土壤的肥力也有一定提升.     

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。     

阿散酸在土壤中的降解与形态变化

通过土壤培养实验,研究畜牧养殖过程中阿散酸污染在土壤中的降解规律和形态变化特征。设计阿散酸污染水平为0、30、75、150、225和300 mg·kg~(-1),分别于培养的2~48 h和5~60 d采集土样,测定其中砷(As)、阿散酸、水溶态As、吸附态As、铁型砷(Fe-As)、铝型砷(Al-As)、钙型砷(Ca-As)、可还原态As和残渣态As。结果表明:阿散酸水平为30~75mg·kg~(-1)时,48 h内降解率为42.99%~71.77%,40 d时降解率100%;阿散酸水平为150~300 mg·kg~(-1)时,降解较慢,降解最快时间段为5~10 d时,但60 d时各组仍有部分阿散酸未被降解;阿散酸污染水平对土壤砷形态的影响表明,随着污染水平增加,对土壤水溶态As和吸附态As影响最大,对Ca-As和残渣态As影响最小。阿散酸污染水平从30~300 mg·kg~(-1)变化时,土壤水溶态As和吸附态As分别增加了4.84~50.29倍和10.43~106.14倍;相反,Ca-As和残渣态As仅增加1.6~1.3倍和1.3~1.62倍;阿散酸污染时间对土壤砷形态的影响表明,污染后10~60 d,随着时间延长,土壤中水溶态As和交换态As呈逐渐下降趋势,而Ca-As、Fe-As和Al-As含量逐渐增加,残渣态As相对稳定。阿散酸在土壤中降解因污染水平而存在差异,低污染水平降解快,高污染水平降解慢。同时,阿散酸污染能够不同程度改变土壤各种砷形态,并随着污染时间延长,由可利用态逐渐变为稳定态。     

载气含氧量及污染物浓度对土壤石油烃热脱附效率的影响

石油烃(TPHs)在土壤中难以降解,并具有生物毒性,异位热脱附(ESTD)在修复石油烃污染土壤方面极具应用潜力。采用实验室模拟异位热脱附装置,研究了热脱附载气含氧量及土壤石油烃污染浓度对可萃取石油烃(EPHs)中柴油段(DRO)和重油段(ORO)的5种组分去除率的影响。结果表明:在初始浓度为5 000～20 000mg·kg~(-1)时,在20 min内的脱附率均不超过50%;当初始浓度增加到40 000 mg·kg~(-1)、脱附时间为20 min时脱附率可以达到68.2%。热脱附时间为50 min时,40 000 mg·kg~(-1)污染土壤的残余浓度为407.1 mg·kg~(-1)。DOR组分相同时间的脱附率随污染浓度的升高而升高,ORO组分在50 min之内不能完全脱附,脱附率随着污染物浓度上升会出现先增大后减小的趋势。在250℃时,DRO中3个组分的去除率均随着气氛含氧量的增加而呈现明显的增长趋势。在400℃条件下,ORO中2个组分分别在含氧量为12%和15%时达到最高的去除率。本研究结果可为ESTD技术修复不同浓度的石油烃污染土壤的工程设计参数提供参考。     

搅拌速率和时间对强化混凝去除微污染水中镍(Ⅱ)及有机物的影响

采用静态实验考察了投加高铁酸钾强化混凝的效果,通过控制不同的絮凝搅拌速率、絮凝时间及原水浊度来强化镍(Ⅱ)和有机物的去除。结果表明,絮凝搅拌速度和时间、原水浊度是影响镍(Ⅱ)和有机物的去除效果的重要因素。原水镍(Ⅱ)质量浓度为1 mg·L~(-1)、TOC为10 mg·L~(-1),在一级絮凝搅拌速率为200 r·min~(-1)、时间为2 min,二级絮凝搅拌速率为40 r·min~(-1)、时间为10 min,原水浊度为36.7 NTU时,出水剩余镍为0.018 mg·L~(-1),去除率达到98.2%,TOC去除率为58.8%,浊度去除率为73.8%。出水可满足《生活饮用水卫生标准》的要求。高铁酸钾强化混凝可作为给水厂应对镍污染的一种有效处理措施。     

3种环保型淋洗剂对重金属污染土壤的淋洗效果

采用振荡淋洗法研究衣康酸(IA)、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)和衣康酸-丙烯酸共聚物(IA-AA)在不同因素影响下对污染土壤Cd、Pb和Zn的淋洗效率。结果表明:3种淋洗剂对土壤Cd、Pb和Zn的去除率随其浓度增加而快速上升,随pH增加呈迅速下降和先升高后降低2种趋势,随淋洗时间总体呈上升趋势;3种淋洗剂在浓度为0.15 mol·L-1且pH为3时,对Cd和Zn去除率最高(39.34%~65.65%);在相同浓度和pH为5条件下对Pb的去除率最高(22.05%~50.62%)。其中IA-AA对Cd、Pb和Zn的去除率分别可达65.65%、50.62%和44.92%。它们去除的主要重金属组分为酸溶态、可还原态和部分可氧化态,且经IA和IA-AA淋洗的土壤养分损失相对较小。因此,IA-AA是修复Cd、Pb和Zn复合污染土壤有工程应用前景的淋洗剂。     

β-半水磷石膏低温制备及固化铅污染土壤性能研究

惰性材料、化学物质和工业废渣掺入磷石膏,低温制备改性β-半水磷石膏(MHG),并对其煅烧温度、抗压强度、凝结时间及固化铅污染土壤的效果进行研究。结果表明,磷石膏、矿渣、粉煤灰和生石灰按91∶4∶3∶2(质量比)制备的MHG性能最好,抗压强度达到6.47MPa,相对于β-半水磷石膏抗压强度提高了24.18%,凝结时间延长7～23min。MHG固化铅污染土壤,养护3d的铅浸出质量浓度为0.015～0.028mg/L,相对于水泥铅浸出质量浓度降低了43.90%～57.14%。     

利用拜耳法赤泥和氟化钙污泥制备烧结砖块

拜耳法赤泥是用氢氧化钠溶解铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废弃物。针对拜耳法赤泥的强碱性、重金属含量高等特点,提出了一种利用酸性氟化钙污泥进行共同烧制砖块的方法。以砖块的氟离子浸出量、铬离子浸出量、抗压强度、砖块密度及烧失量5个变量为评价指标,利用主成分分析法对五个指标进行综合评分,并研究了以氟化钙污泥与赤泥比,黏土添加量、铝灰添加量、黏结剂添加量、烧结温度为自变量对综合评分的影响。利用响应面法(RSM)对实验数据进行分析,得出最佳实验条件依次为氟化钙污泥与赤泥比=61.1%,黏土添加量=21.4%,铝灰添加量=15%,黏结剂添加量=2.5%,烧结温度=1 000℃。此条件下所得砖块对应的氟离子浸出量为0.33 mg·L~(-1),铬离子浸出0.034 mg·L~(-1),抗压强度5.73 MPa,烧失量9%,砖块密度1.07 g·cm~(-3)。可用做非承重砖。     

拜耳赤泥中镓的酸法浸出及残渣的除氟

贵州铝土矿资源普遍富含镓元素,拜耳法工艺中,约70%的镓随氧化铝同时溶出,其余30%残存于赤泥中未回收直接外排,造成镓资源的严重浪费。采用酸法工艺浸出拜耳赤泥中镓金属,设计4因素3水平L_9(3~4)正交实验,考察盐酸添加量、浸出温度、浸出时间和液固比对镓浸出效果的交互影响规律,并测试了浸出残渣对含氟水处理性能。结果表明:影响镓浸出率因素的主次顺序依次为盐酸添加量、浸出温度、液固比和浸出时间;最适宜浸出条件为盐酸过量系数1.2,浸出温度70℃,浸出时间3 h,液固比8 m L·g~(-1);该条件下,镓的浸出率为94.92%,浸出溶液含Ga 3.91 mg·L~(-1);除氟实验得出最佳除氟条件为,残渣添加量25 g·L~(-1),p H=4.7,接触时间6 h,旋转速率200 r·min~(-1);室温下进行3组平行实验,平均除氟率为57.54%,表明浸出残渣具有一定的除氟性能。     

生物法去除厌氧发酵所产沼气中的H_2S

对厌氧发酵所产沼气中的硫化氢(H2S)生物法去除进行了实验研究。结果表明,喷淋液流量、进气H2S浓度、反应温度、进气流量和溶解氧5个因素的较优值分别为40 mL·min~(-1)、3 000 mg·L~(-1)、31℃、120 mL·min~(-1)和0.5 mg·L~(-1)。当反应温度为31℃、溶解氧浓度为0.5 mg·L~(-1)时,通过正交实验确定的因素主次顺序分别是进气流量、喷淋液流量、进气H2S浓度,相应的最佳水平值分别为60 mL·min~(-1)、60 mL·min~(-1)和1 500 mg·L~(-1)。在最优工艺条件下,该生物系统的H2S去除率稳定,可达100%。     

金矿区高浓度砷污染土壤的稳定化处理

以粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、硫酸亚铁(Fe_2SO_4)和磷酸二氢钾(KH_2PO_4)为稳定剂对矿区高浓度As污染土壤进行处理,通过土壤理化性质、重金属形态和浸出浓度变化等综合评估稳定剂对高浓度砷污染土壤的稳定化处理效果。结果表明,添加稳定剂可以提高土壤pH值、有机质含量和阳离子交换量。粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、硫酸亚铁对土壤中的As有较好的稳定化作用,其中硫酸亚铁对土壤中As的稳定效果最好。同时添加10%粉煤灰、10%干化污泥和1%硫酸亚铁后,土壤中可交换态As、碳酸盐结合态As、铁锰氧化物结合态As、有机结合态As含量显著降低,降幅分别为62.3%、55.2%、29.6%、58.2%,残渣态As含量增加8.1%。添加粉煤灰、干化污泥、硫酸亚铁能显著降低土壤中As的浸出浓度,而添加KH_2PO_4会使土壤中As浸出浓度增加,移动性增强。当同时添加10%粉煤灰、10%干化污泥、1%粉碎花生壳和1%硫酸亚铁后,As浸出浓度最低(0.93 mg·L~(-1)),稳定效果最好,稳定化效率达到了74.8%。土壤中As的浸出浓度与可交换态As和碳酸盐结合态As呈显著正相关,与残渣态As呈显著负相关,可交换态As、碳酸盐结合态As和残渣态-As含量是影响土壤中As浸出浓度变化的主要因素。     

撒施阻控材料快速去除上覆水Cd对的室内模拟研究

湘中矿区塘、水库等灌溉水体及其底泥重金属超标问题日益凸显,研究选取石灰、水稻秸秆生物炭和人造沸石等3种环境友好型土壤重金属阻控材料,通过室内玻璃柱模拟静止水体实验探讨水面缓慢撒施阻控材料对上覆水重金属Cd去除与底泥Cd有效性影响。为期60 d的实验结果显示,1%(0~20 cm表层底泥质量分数)的单一石灰、生物炭、沸石与石灰+生物炭+人造沸石配方(质量比1∶1∶1)4种处理均可明显快速去除上覆水中水溶态Cd质量浓度,其中石灰效果最佳,沸石效果最差,石灰与3种阻控剂组配处理均可使上覆水中水溶态Cd质量浓度由20μg·L~(-1)以上降至10μg·L~(-1),符合我国灌溉水Cd的限定标准。阻控材料自然沉积在底泥表面后对5 cm处底泥水溶液Cd质量浓度具有一定的消减效应,沸石效果优于石灰、生物炭处理,其中"石灰+生物炭+沸石"的不同粒径阻控材料组配方式效果最佳。石灰、生物炭、沸石及3种阻控剂组配处理60 d后底泥pH值依然略高于对照,差异不显著,但可交换态Cd含量明显低于对照。结果可为塘库型水体上覆水及底泥Cd等重金属污染的生态风险降低及控制措施研究提供科学参考与方法指导。