不同水分条件下铁基氧化物对土壤砷的稳定化效应研究

应用等温吸附试验及室内模拟培养的方法,研究了Fe2O3、Nano-Fe2O3和铁锰双金属氧化物(FMBO)等铁基氧化物对砷的吸附特性和对不同含水量土壤中砷的稳定化效应.从等温吸附试验结果来看,3种铁基氧化物对As(V)和As(Ⅲ)的吸附过程符合准二级动力学方程,12 h后基本达到吸附平衡,吸附等温线符合Langmuir方程,FMBO对As(V)和As(Ⅲ)的吸附容量显著大于Fe2O3和Nano-Fe2O3,且对As(Ⅲ)的饱和吸附容量大于As(V),能够起到氧化和吸附的双重作用.从对不同含水量土壤中砷的稳定化效果来看,Nano-Fe2O3和FMBO在风干和田间持水量土壤中均能达到90%以上的稳定化效率,显著高于Fe2O3;在土壤水分饱和条件下,FMBO的稳定化效率仍保持在93.5%以上,且能够将土壤中As(Ⅲ)氧化成As(V),而Fe2O3和Nano-Fe2O3分别仅为29.4%、81.4%.3种铁基氧化物的添加会使土壤中砷的结合态发生变化,Fe2O3、NanoFe2O3主要使砷由F1非专性吸附态和F2专性吸附态向F4结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变,添加FMBO主要向F3无定形或弱结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变.总体看来,在非饱和状态的土壤,Nano-Fe2O3和FMBO均为良好的稳定化材料,而对于长期淹水的稻田或地下水位较高的地区,或者由于降雨造成土壤滞水等情况,FMBO可以作为一种优良的稳定化材料用于土壤砷污染修复.     

场地土壤中有效态砷的稳定化处理及机理研究

分别以生石灰和亚铁盐作为辅助剂与稳定剂对2种砷污染的土壤进行稳定化处理,通过化学浸出、形态及结构研究,揭示土壤中有效砷的稳定效率和机理.结果表明,外源铁添加量与土壤砷含量(Fe/As)的物质的量比达到6:1~8:1,CaO投加比例为0.05%~0.1%(w/w)时,土壤中有效态砷的稳定效率超过85%.土壤有效砷的稳定化处理主要是将砷从非专性吸附态和专性吸附态转化为弱结晶的铁铝或铁锰水化氧化物结合态、结晶铁铝或铁锰水化氧化物结合态.稳定处理后2种污染土均有新物相羟砷铜矿(As2Cu5H4O12)生成.     

纳米零价铁物相转变对砷污染土壤稳定化效果和潜在毒性的影响

为探究纳米零价铁团聚作用和氧化反应等物相转变对土壤中砷的稳定化效果和潜在毒性影响机制,选择纳米零价铁以及其可能的物相转变产物,包括微米零价铁、纳米级Fe₂O₃、微米级Fe₂O₃、纳米级Fe₃O₄等,通过室内模拟实验,研究纳米零价铁物相转变对砷污染土壤稳定化效果和潜在毒性的影响。结果表明:1)相比而言,纳米Fe0对土壤中砷的稳定化效率最优,当其添加量为5%时,水溶性砷含量由稳定化处理前的2.20 mg/kg降至0.11 mg/kg,稳定化效率为94.90%,同时,砷的环境风险由处理前的中等风险降至无风险;2)由浸出实验结果可知,团聚作用引起纳米零价铁向微米零价铁转变时,其对砷稳定化效率的影响并不显著(P>0.05);3)由植物毒性实验可知,纳米零价铁的团聚和氧化作用产物均会抑制油菜籽根系生长,影响种子相对根长,而对种子发芽率和种子发芽率指数无抑制作用;4)基于形态分析、植物毒性和风险分析可知,微米级Fe₂O₃和纳米级Fe₃O₄对土壤中砷的稳定化效率较低,稳定化处理后仍有一定环境风险。因此,在实际修复过程中,纳米零价铁物相转变引起土壤中砷的环境风险变化值得关注。     

两种铁氧化物对土壤有效态汞的吸附作用研究

利用氧化物对土壤中汞的吸附特性,研究了汞污染土壤中添加铁锰和铁铝复合氧化物对土壤汞有效性的影响.结果表明,在土壤中添加氧化物后,土壤中有效态汞的含量明显降低,在相同添加量下铁铝复合氧化物比铁锰复合氧化物的吸附效果好.14 d时间内,添加铁铝氧化物后,两种土壤中有效态汞的含量分别降低了94.60%和93.11%;添加铁锰氧化物后,两种土样中有效态汞的含量分别降低了88.69%和87.85%,可见两种氧化物是土壤中有效态汞的有效吸附剂.通过方程拟合研究了氧化物对土壤中有效态汞吸附的规律,其中,铁铝氧化物对土壤中有效态汞的吸附规律以Elovich方程和权函数方程拟合度较好,铁锰氧化对土壤中有效态汞的吸附规律以Elovich方程拟合效果最好,零级速率方程及指数方程的拟合效果则相对较差.     

铁铈氧化物对土壤As (Ⅴ)和P的稳定化效果

本文以铁铈氧化物(Fe-Ce,FC)为研究对象,评估其对中国3种典型砷(As)污染土壤的稳定化修复效果,并通过电子扫描显微镜能散X线分析仪(SEM-EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)等光谱学技术探索FC对As(Ⅴ)的微观吸附特征.结果表明,FC能使土壤毒性浸出As含量显著降低84. 1%～98. 3%,且在碱性土壤中表现出较强的高p H适应性,能显著增加吸附态As(F1+F2)向水合铁铝氧化物结合态(F3+F4)的稳定化. FC能使不同类型土壤的有效态P含量显著下降47. 13%～60. 32%,不仅能缓解P竞争土壤As(Ⅴ)吸附位点,而且能有效预防周边水体的面源污染.通过SEM-EDS和XPS分析,发现As(Ⅴ)吸附产物表面均检测到Fe、Ce和As这3种元素,且As主要吸附于Fe原子表面. FC在我国土壤砷污染稳定化修复领域具有较好地应用前景.     

富里酸改性FeMnNi-LDH对砷镉污染土壤的钝化修复

选用腐殖质活性组分富里酸(FA)作为铁锰镍层状双氢氧化物(FeMnNi-LDH)的修饰物,采用共沉淀法制备出稳定层状FA@Fe Mn Ni-LDH复合材料,并运用于As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)复合污染土壤的钝化修复.通过小白菜盆栽实验研究了在不同砷镉复合污染水平及不同初始土壤pH值条件下,复合材料对土壤As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)的钝化效果、各形态含量变化及对小白菜根部和地上部As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)转运、富集系数的影响,并进行相关性分析.结果表明,FA@Fe Mn Ni-LDH复合材料对As和Cd具有显著的同步钝化效果.当复合材料添加量由0%增加到1.0%,促进了土壤非专性吸附态和结晶铁铝氧化物结合态As向专性吸附态、无定型铁铝氧化物结合态和残渣态As转化,土壤可交换态Cd主要向残渣态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态Cd转化;土壤初始pH对As和Cd的钝化效果影响明显,酸性和中性土壤的pH分别增加了1.65和0.64个pH单位,土壤有效态As的降低率分别达到69.74%和63.31%,有效态Cd的降低率分别为60.25%和61.78%;小白菜的鲜重和株高随复合材料添加量的增加而提高,并...     

生物合成Bio-MnOx对砷污染土壤的稳定化效果分析

通过室内模拟实验,研究了生物合成锰氧化物（Bio-MnO_x）材料对污染土壤中砷（As）的稳定化效果。结果表明:1）Bio-MnO_x的加入能够有效降低砷的浸出量,其中水溶性砷含量由2.28 mg/kg降至0.86 mg/kg,减少62.3%;2）五步连续法浸提结果发现,Bio-MnO_x处理后水溶态砷和表面吸附态砷的相对含量显著降低;3）风险分析进一步表明Bio-MnO_x处理后砷的环境风险降低;4）基于细菌16s RNA生物多样性分析表明,经过Bio-MnO_x处理后,土壤微生物多样性的丰富度显著增加;5）微生物群落结构分析发现,土壤微生物群落结构发生明显演替,属水平下的细菌结构由芽孢杆菌属向梭状芽孢菌属、丛毛单胞菌属、敏感梭菌属等转变。总体而言,Bio-MnO_x是一种比较有效的修复砷污染土壤的生物材料。     

3种复合铁基钝化剂对黔西南高砷土壤的修复效果研究

为研究不同复合铁基钝化剂对黔西南高砷(As)土壤修复效果,筛选出钝化土壤砷和抑制水稻籽粒砷富集效果较好的复合铁基钝化剂,以期为黔西南高砷背景土壤的修复和管理提供科学依据。本文以黔西南某矿区耕地高砷土壤为研究对象进行水稻盆栽实验,分析了3种市售复合铁基钝化剂(复合型铁基生物炭(A)、铁基生物炭(B)和铁基腐殖酸钾(C))在不同用量(0.67 g/kg、1.34 g/kg、2.68 g/kg、5.36 g/kg)下土壤有效态砷、土壤中砷的各种结合态以及水稻籽粒砷含量的变化。结果表明,三种复合铁基钝化剂的施加可不同程度的提高土壤pH和钝化土壤砷,其中钝化剂C在5.36 g/kg施用量下效果最好,钝化率为26.2%;各处理均使土壤砷的赋存形态发生一定的改变,均不同程度的降低了非专性吸附态、专性吸附态及无定形和弱结晶铁铝氧化物结合态的砷,其中钝化剂A和B主要是向结晶铁铝氧化物结合态砷转变,C处理主要向残渣态砷转变;各处理均显著抑制了水稻精米砷含量,相比对照组,复合钝化剂A在1.34 g/kg施用量下大米对As的富集作用最弱,降低率为48.6%;因为土壤砷钝化率不能完全表征水稻对砷的富集能力,其不...     

铁基硅盐对土壤环境镉砷赋存形态及转化影响

为探明铁基硅盐对土壤镉砷赋存形态影响及各形态间转化规律,采用室内长期淹水培养吸附实验,研究不同比例铁硅材料对土壤离子态镉砷活性影响;筛选适宜铁基硅盐(FS)配比同时添加腐殖酸(FSC)和金属氧化物(FSCa),明确复配处理土壤中镉砷分级形态转化程度.结果显示,铁:硅比值增加10%,土壤pH值平均降低0.35;F₂-S₈处理土壤离子态镉降幅71%;F₁₀-S₀处理土壤离子态砷降低59.9%,离子态镉砷含量与硅酸盐-铁盐施用量互呈反比;处理F₄-S₆和F₆-S₄之间镉、砷钝化率产生交点,约为25%~30%.土壤中镉主要以可溶态为主,占比58%;砷主要以铁铝氧化态和钙结合态为主,占比40%和23%.铁硅比例为5:5或5.5:4.5左右复配能有效将铝结合态砷和铁铝氧化态砷转变为钙结合态砷和残渣态砷,可溶态镉转化为碳酸盐结合态镉以及铁锰氧化态镉,同步降低土壤中镉砷的活性.     

负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究

为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.      

铁锰氧化物与膨润土对锑-砷复合污染土壤的稳定化研究

通过室内土培实验,以Fe-Mn氧化物和膨润土为稳定化材料,研究材料配比、使用量同时稳定As和Sb的效果;结合稳定时间和形态分析,探讨材料的长效稳定性及作用机制。结果表明,Fe-Mn氧化物∶膨润土=4∶1的处理具有很好的稳定As和Sb的效果;当使用量为3%时,Sb和As水浸出降低率为55%和97%;随着时间的延长,As的稳定化效果未出现明显变化,而Sb的稳定化效果有所降低。形态分析结果表明,3%使用量的Fe-Mn氧化物∶膨润土=4∶1的处理使土壤中As和Sb由可交换态向残渣态转变,稳定性增强;Fe-Mn氧化物微观结构特征表明,其具有的较大比表面积和较强的氧化还原能力对As、Sb的稳定起了重要作用。因此,Fe-Mn氧化物和膨润土的优化使用,能修复As、Sb复合污染土壤。     

两种铁基材料对污染农田土壤砷、铅、镉的钝化修复

制备得到了铁钙（FeCa）和铁锰（FMBO）两种铁基材料,用于钝化修复As、Pb和Cd污染土壤.研究采集了来自绍兴上虞（SY）、广东佛山（FS）、广东韶关（SG）、湖南浏阳（LY）、江西赣州（GZ）、贵州独山（DS）和安徽马鞍山（MAS）的7种重金属污染水稻土（潮泥土）,通过土壤培养试验,研究铁钙材料（FeCa）和铁锰材料（FMBO）对各类土壤溶液中As、Pb和Cd浓度动态变化的影响,对土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果的影响,以及在不同种类土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果差异及影响因素.结果表明,培养过程中,铁基材料处理下土壤溶液中As、Pb和Cd浓度均低于对照处理.研究发现,两铁基材料均能对土壤中As、Pb和Cd起到较好的钝化作用,相同添加量下,铁钙材料对土壤As的钝化效率优于铁锰材料,而材料之间对土壤Pb和Cd钝化效率无显著差异.铁钙材料处理下各种土壤As钝化效果表现为GZ > SG > DS和MAS,土壤铅钝化效果表现为FS>SY、LY和SG>MAS,土壤镉钝化效果表现为SY、GZ和DS>MAS;铁锰材料处理下各种土壤As钝化效果表现为SY、LY和GZ > DS > FS,土壤Pb钝化效果表现为FS > GZ > SY,土壤Cd钝化效果表现为DS > LY > MAS.各种土壤As钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤黏土含量呈显著负相关,各种土壤Pb钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤pH呈显著正相关,各种土壤Cd钝化效率在铁钙材料处理下与土壤黏土含量显著负相关.总体来看,两铁基材料均适用于各不同种类As、Pb和Cd污染土壤的治理.     

可渗透反应复合电极法对铬(Ⅵ)污染土壤的电动修复

将Fe0、沸石等活性材料附着在电极上构成可渗透反应复合电极,以Cr(Ⅵ)污染土壤为处理对象,对电动修复过程中可渗透反应复合电极法对土壤pH的控制、Cr的去除效果以及形态变化进行了研究.结果表明,添加可渗透反应材料的复合电极法比单一电极法无论在土壤pH控制还是Cr的去除方面都有明显的改善和提高,其中以在阳极同时添加Fe0和沸石效果最为显著.在施加2 V.cm-1的直流电压,运行5 d后,相比在阳极单纯添加沸石或Fe0可渗透反应层,添加"Fe0+沸石"反应层能在最大程度上减小阳极土壤pH值的波动,可将土壤pH值控制在5.5～8.5范围内,土壤中任意位置Cr(Ⅵ)的去除率可提高到97%以上,土壤中残留的Cr(Ⅲ)更少,可渗透反应层对Cr的截留量可分别提高8倍和1.8倍,并将98%的Cr(Ⅵ)转化为低毒的Cr(Ⅲ).研究结果为开发具有实用意义的可渗透反应复合电极修复技术提供了理论依据.     

土壤组分对磷形态和磷吸附-解吸的影响——基于三峡库区消落带落干期土壤

通过选择性去除土壤组分的方法,探讨了三峡库区消落带落干期3种典型土壤中有机质、铁氧化物组分对磷形态和磷吸附-解吸的影响.结果发现,三峡库区消落带落干期3种典型土壤去除的有机质以易氧化组分为主,去除有机质后,土壤中各种磷形态的含量变化较小.然而,去除游离铁氧化物后,土壤中各种磷形态的含量均发生明显降低.同时,去除有机质、游离铁氧化物组分后并未改变土壤中各种磷形态的相对大小顺序,均为：钙结合磷（Ca-P） > 有机磷（OP） > 铁/铝结合磷（Fe/Al-P）.此外,黄壤（FJ）、紫色潮土（KX）和灰棕紫泥（FL）去除有机质后对磷的吸附能力较原始土壤仅分别降低0.5%、2.3%、6.5%（P=0.017<0.05,显著性差异）,表明3种土壤中有机质组分对磷吸附的影响较小;而去除游离铁氧化物后对磷的吸附能力分别降低45.6%、51.7%、43.9%（P=0.004<0.05,显著性差异）,表明土壤中游离铁氧化物组分是决定磷吸附大小的重要因素.另外,3种土壤去除游离铁氧化物后较原始土壤吸附磷的解吸能力明显增加,表明游离铁氧化物组分是控制3种土壤吸附磷的解吸的重要因素.FL土壤去除有机质组分后较原始土壤吸附磷的解吸能力略有降低,而KX和FJ土壤去除有机质组分后较原始土壤吸附磷的解吸能力无明显差异,表明有机质组分对土壤吸附磷的解吸的影响与土壤类型有关.     

复合材料对砷污染土壤稳定化处理及机理研究

通过投加FeS、电石渣、菌渣及其复配组合对砷污染土壤进行稳定化处理,根据稳定效率对稳定材料进行筛选,并分析处理前后土壤中砷的生物有效性、赋存形态及土壤物相成分,探索稳定机理.结果表明:单因素实验中,FeS对砷的稳定效率最高,当FeS投加量为n(Fe)/n(As)=20时,砷的稳定效率达84.69%;复配实验中,FeS投加量为n(Fe)/n(As)=15,电石渣投加量为0.5%(质量分数),菌渣投加量为6%(质量分数)时,砷的稳定效率高达90.53%.机理研究表明:稳定处理后,土壤中有效态砷和有机体内砷的可给量分别降低80.14%和92.86%;土壤中易溶态砷占总砷的比例降低了18.61%,铁型砷和钙型砷占总砷的比例分别提高了10.36%和5.81%,易溶态砷主要转化为铁型砷和钙型砷;稳定处理后土壤中矿物成分新增了Ca Al_2Si_2O_8·4H_2O(斜方钙沸石)、Ca_3Fe_4(AsO_4)_4(OH)_6·3H_2O(菱砷铁矿)、Fe_2(AsO_4)(SO_4)OH·5H_2O(砷铁矾矿)、(Al,Fe~(3+))_3AsO_4(OH)_6·5H_2O(砷铁铝矿)4种矿物,稳定处理使土壤中的砷生成了难溶性铁-砷、钙-砷矿物质.     

Effects of arbuscular mycorrhizal fungi inoculation on arsenic accumulation by tobacco (Nicotiana tabacum L.)

A pot experiment was conducted to study the e ects of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi (from contaminated or uncontaminated soils) on arsenic (As) uptake of tobacco (Nicotiana tabacum L.) in As-contaminated soil. Mycorrhizal colonization rate, dry weight, As and P uptake by plants, concentrations of water-extractable As and As fractions were determined. A low mycorrhizal colonization rate (< 25%) was detected. Our research indicated that AM fungi isolated from polluted soils were no more e ective than those from unpolluted soils when grown in symbiosis with tobacco. No significant di erences were observed in roots and stalks dry weights among all treatments. Leaves and total plant dry weights were much higher in Glomus versiforme treatment than that in control treatment. As contents in roots and stalks from mycorrhizal treatments were much lower than that from control treatment. Total plant As content exhibited the same trend. P concentrations in tobacco were not a ected by colonization, nor were stalks, leaves and total plant P contents. Roots P contents were remarkably lower in HN treatments than in other treatments. Meanwhile, decreased soil pH and lower water-extractable As concentrations and higher levels of As fraction bound to well-crystallized hydrous oxides of Fe and Al were found in mycorrhizal treatments than in controls. The protective e ect of mycorrhiza against plant As uptake may be associated with changes in As solubility mediated by changing soil pH. These results indicated that under As stress, proper mechanisms employed by AM fungi can protect tobacco against As uptake. Results confirmed that AM fungi can play an important role in food quality and safety.     

沼渣协同硫酸亚铁修复Cr(Ⅵ)污染土壤

通过稳定化实验、连续提取实验及植物毒性实验,研究了沼渣对硫酸亚铁稳定化Cr （Ⅵ）污染土壤的促进效果与机制.结果表明,沼渣协同硫酸亚铁对土壤中Cr （VI）有良好的稳定化效果.最佳的修复条件为：n（Fe）/n（Cr）=3∶1,含水率为35%,沼渣投加量为4.5%,反应时间为12 d,此时Cr （VI）稳定化效率为99.85%,残余六价铬含量为1.49 mg·kg^-1,满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》（GB 36600—2018）第二类用地筛选值5.7 mg·kg^-1的限值要求.由连续提取实验结果可知,沼渣+硫酸亚铁稳定化处理后酸溶态铬含量显著降低,而可还原态、可氧化态和残渣态铬含量明显增加.风险分析进一步表明,沼渣+硫酸亚铁稳定化处理后铬的风险等级由非常高风险降至低风险.植物毒性分析可知,沼渣+硫酸亚铁稳定化处理植物毒性显著降低.微生物多样性和群落结构分析可知,沼渣+硫酸亚铁稳定化处理后土壤中细菌群落的丰度和多样性均明显增加.