亚氨基二琥珀酸修复重金属污染土壤及环境风险削减评估

以亚氨基二琥珀酸（ISA）为洗脱剂,考察ISA投加量、洗脱液pH值、反应时间和土液比对Cd、Pb和Zn去除率影响,通过Box-Behnken多因素设计法优化最佳洗脱条件,并采用涵盖土壤重金属残留量、浸出浓度和毒性的综合环境风险法评估修复效果.结果表明,ISA对Cd、Pb和Zn去除率随其浓度增加而增加;ISA浓度为50mmol/L时,对矿山污染土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到11.83%、34.26%和20.96%;对污染农田土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到48.89%、57.08%和81.80%.增加反应时间和洗脱液酸性有助于提高ISA对Cd、Pb和Zn去除率.随土液比减低,Cd、Pb和Zn去除率呈上升趋势.ISA去除Cd、Pb和Zn最佳条件为：ISA浓度70mmol/L、洗脱液pH4.0和反应时间120min,预测矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总去除率最大分别为32.58%和93.16%.ISA大幅度降低水溶态、可交换态和碳酸盐结合态Cd、Pb和Zn残留量,从而削减矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总环境风险达50.81%和87.13%.亚氨基二琥珀酸可有效去除污染土壤中重金属并降低残留重金属的环境风险,是一种潜在材料可用于土壤重金属污染修复.     

污染土壤中重金属的超声波强化EDTA洗脱及形态变化

以EDTA为洗脱剂,对重金属污染土壤进行超声波强化洗脱正交实验,并用Tessier连续提取法研究了洗脱前后Cd、Cu、Pb、Zn的形态变化.结果表明,在EDTA浓度20 mmol·L-1、固液比1∶20、超声波作用时间16 min、超声波功率54%、洗脱次数4次的条件下,对4种重金属洗脱率最大,分别为:Cd 83.6%、Cu 58.8%、Pb 98.0%、Zn 43.0%.在实验所设浓度范围内,随着EDTA浓度的升高,重金属洗脱率均有降低.形态分析结果显示,超声波强化EDTA洗脱能显著降低土壤重金属的残渣态含量.除土壤中Zn残渣态去除率只有5.7%以外,超声波强化EDTA洗脱对土壤中Cd、Cu、Pb的残渣态去除率都很高,分别为81.6%、62.3%、93.8%.     

套种和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤

联合不同的重金属污染土壤修复技术可以弥补单一措施的不足,其中植物提取联合化学淋洗技术就是有效的途径之一.本研究通过盆栽试验,在东南景天和玉米套种情况下,用不同浓度和种类的混合试剂对土壤进行化学淋洗,测定淋洗液中重金属含量、植物的吸收量以及土壤重金属的剩余量.结果表明,第1季10 mmol.L-1的混合试剂对套种系统淋洗,Zn、Cd的总去除量(植物提取量和淋洗量)最高,两季合计对Zn、Cd的总去除率分别达到6.0%、40.46%,大于单一植物提取.土壤测定结果表明,通过两季(约9个月)套种植物联合淋洗技术处理后,土壤重金属Cd、Zn和Pb的降低率分别达到27.8%～44.6%、12.6%～16.5%和3.6%～5.7%.50 mmol.L-1的混合试剂对套种系统淋洗,会影响后季东南景天的生长,而且淋洗结束后用清水淋洗产生的淋出液浓度高于其他低浓度处理,风险较大.EDDS(乙二胺二琥珀酸)混合试剂亦能促进东南景天吸收Zn和Cd,但不能有效淋洗出土壤中的Pb.在该套种+淋洗联合技术中,Zn、Cd的去除主要靠植物提取,Pb的去除主要靠淋洗,套种+淋洗加快土壤修复,而且可能解决Zn/Cd/Pb复合污染问题.     

生物淋滤联合类Fenton反应去除污染土壤中重金属的效果

针对我国南方地区广泛存在的土壤重金属污染问题,以广东韶关铅锌矿周边污染农田土壤为研究对象,探讨利用生物淋滤方法与生物淋滤联合类Fenton反应对土壤Cu、Zn、Cd和Pb的去除效果,并采用序列化学提取(SEC)方法,分析不同处理对土壤中4种重金属形态分布的影响.结果表明,经12 d生物淋滤Cu、Zn、Cd和Pb的去除率分别达到66.5%、55.1%、72.8%和35.6%,其中无机结合态重金属去除效果最好,固相中剩余重金属主要以稳定的残渣态形式存在.2 d生物淋滤联合类Fenton反应在优化的H_2O_2浓度(5 g·L-1)下,对上述4种重金属的去除率分别为55.6%、50.6%、60.7%和30.5%,低于12 d生物淋滤处理,但显著高于H_2SO_4酸化、2 d生物淋滤、化学Fenton反应等对照处理.生物淋滤联合类Fenton反应可以实现原土壤中残渣态、有机结合态和无机结合态等较稳定态重金属的有效去除,使处理后土壤中4种重金属Cu、Zn、Cd和Pb的含量分别低于50、200、0.3和250 mg·kg~(-1)的标准限值.该方法兼具生物淋滤高去除效率和Fenton反应快速处理等优势,对于修复重金属Cu、Zn、Cd和Pb等复合污染的土壤具应用前景.     

螯合型表面活性剂对Pb-Zn复合污染土壤的洗脱效果

为了探究螯合型表面活性剂对重金属污染土壤的洗脱效果,通过室内模拟试验,采用振荡洗脱法研究了新型螯合型表面活性剂LED3A(N-十二酰基乙二胺三乙酸钠盐)对Pb-Zn复合污染土壤的洗脱作用,并重点分析了洗脱时间、ρ(LED3A)、洗脱温度等因素对洗脱效果的影响. 结果表明:室温下LED3A洗脱Pb-Zn复合污染土壤的最佳质量浓度为7.0 g/L、洗脱时间为7.0 h. 洗脱平衡时间随ρ(LED3A)的增加而缩短,洗脱过程符合准二级动力学模型;孔隙扩散为LED3A对Pb和Zn洗脱速率的控制过程,但内扩散并非唯一的洗脱速率控制机制. 等温平衡洗脱试验结果显示,洗脱温度升高有利于LED3A配位污染土壤中的Pb和Zn,LED3A对重金属的洗脱过程为吸热过程. Pb、Zn的BCR形态分级结果显示,LED3A对酸可提取态Pb、Zn的去除率最大,分别达到79.87%、72.51%;氧化物结合态、有机结合态、残余态Pb的去除率分别为31.82%、18.83%、2.30%,相应形态Zn的去除率分别为21.81%、17.60%、26.22%;对比洗脱前、后土壤中重金属的形态分布可知,最易释放和被生物利用的酸可提取态Pb和Zn的质量分数所占比例明显降低,不易或不能被生物利用的氧化物结合态、有机结合态和残余态Pb和Zn的质量分数所占比例明显增加. 研究显示,LED3A洗脱不仅能够去除污染土壤中一定量的重金属,同时可降低污染土壤中重金属对环境的潜在危害,而且不会产生二次污染.      

咸水浸泡对珠江口滩涂围垦土壤重金属的去除效果

利用浸泡离心的方法,通过室内模拟实验,研究了浸泡时间、NaCl溶液浓度对土壤中6种重金属去除效果的影响,同时测定了NaCl浸泡前后土壤中重金属的形态变化.结果表明,浸泡时间为60d时达到最大去除率,分别为Cd30.3%、Zn22.0%、Pb9.4%、Cu8.0%、Cr12.6%、Ni9.9%;NaCl浓度为16 g/L时达到最大去除率,分别为Cd41.9%、Zn19.9%、Pb9.3%、Cu6.3%、Cr14.8%、Ni16.8%.重金属形态分析显示,NaCl浸泡能有效去除交换态、碳酸盐结合态和氧化物结合态的重金属,而对有机态和残渣态的重金属作用效果不明显.     

铅锌矿区农田土壤重金属污染现状与评价

调查研究了福建省西部某铅锌矿区附近的农田(2.34 hm~2)土壤中Cd、Pb、Zn、Cu的污染状况,并探讨了4种重金属在矿区农田土壤上空间分布的变异状况。结果表明:调查区土壤Cd、Pb、Zn和Cu含量均超过福建省土壤背景值。土壤重金属单因子污染指数与地累积污染指数评价结果基本一致,Cd的污染程度最严重,Pb和Zn的污染程度次之,Cu的污染程度最轻。调查区土壤重金属的内梅罗综合污染指数平均值为9.13,重度污染的农田数占总数的97.44%,表明调查区农田土壤受重金属综合污染严重。土壤中Cd的潜在生态危害风险较高,Pb、Zn和Cu的潜在生态危害风险很低。不同田块土壤Cd、Pb、Cu、Zn含量的变幅分别达21.5、10.6、5.8和10.8倍,表明矿区农田土壤重金属空间分布的高度复杂性。     

攀枝花煤矿区周围农田重金属污染特征及风险分析

本研究以四川省攀枝花市几大煤矿区周围农田为研究对象,采集表层煤矿区附近的24个农田土壤表层样,利用三酸消解法提取并测定土壤样品中Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb六种重金属元素的总量,同时利用0.1 mol/L氯化钙和0.5 mol/L磷酸二氢钾浸提并测定Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As有效态含量。采用内梅罗综合污染指数法、地累积指数法和生态风险指数法分析研究区农田重金属污染状况及其环境风险。结果表明所有煤矿区周边农田土壤中Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的平均含量高于四川省土壤背景值,其中部分点位As、Cd和Zn超过国家农田土壤重金属风险管控标准,点位超标率分别为8.3%、41.7%和25%;Cd和Pb具有较高生物有效性,生物有效性系数分别为35.29%和20.10%;相关性分析结果表明Cd、Zn、As和Pb两两间存在互为显著相关,农田中这四种元素主要来源于煤矿开采和加工。三种评价结果均表明煤矿区附近农田中Cd处于显著污染水平,是农田土壤污染风险的主要贡献因子;花山矿区周围的农田是四大矿区中重金属污染最为严重的,需引起相关部门重视或采取一定的土壤污染风险管控措施。     

基于文献计量分析的长江经济带农田土壤重金属污染特征

长江经济带是我国重大战略发展区域之一,理清长江经济带农田土壤重金属污染特征与来源对区域土壤重金属污染防控和农业安全生产具有重要意义.在检索文献数据的基础上,结合空间分析和地累积指数法分析了长江经济带农田土壤重金属（Cd、Cr、Hg、As、Pb、Cu、Zn和Ni）的污染特征、环境风险和主要来源.结果表明：①农田土壤Cd、Cu、Pb、Hg、Zn和As超过农用地土壤污染风险筛选值的比例分别为39.8%、18.5%、8.3%、6.9%、6.9%和6.4%,其中土壤Cd的超标比例最高;②不同区域农田土壤重金属空间分异明显,上游土壤Cr、Cu、Zn和Ni含量高于中游和下游地区,中游土壤Cd、As和Pb含量高于上游和下游地区;③研究区8种重金属的地累积指数分别为：Cd （0.42）>Hg （-0.28）>Pb （-0.32）>Zn （-0.39）>Cu （-0.42）>Cr （-0.7）>As （-0.81）>Ni （-0.73）,其中土壤Cd和Hg地累积风险最高;④长江经济带中上游地区农田土壤重金属累积主要受地质高背景和矿山开采等因素影响,中下游地区主要受到快速城镇化、工业生产和高强度农业利用等因素的影响.针对长江经济带农田土壤重金属污染现状及管控需求,建议加强农田土壤重金属的源头防控,根据重金属污染程度、地质背景和农产品质量等进行农田土壤重金属污染的分区分级管控和分类管理,以期实现长江经济带农田土壤环境质量安全和农业绿色可持续生产.     

复合淋洗剂土柱淋洗法修复Cd、Pb污染土壤

选取三氯化铁和有机酸(柠檬酸、苹果酸、酒石酸)复合淋洗,采用土柱淋洗的方法对Cd、Pb污染土壤进行淋洗实验,研究了复合淋洗剂浓度配比、淋洗剂用量和淋洗次数对重金属去除效果的影响,并测定了土壤淋洗前后Cd、Pb形态的变化。结果表明:三氯化铁浓度为10 mmol/L,有机酸浓度为20 mmol/L时,淋洗率Cd为72.15%,Pb为30.26%,与使用单一淋洗剂相比均有大幅提升。复合淋洗剂能有效地去除交换态、碳酸盐结合态和氧化物结合态重金属,而对有机态和残余态部分重金属作用效果不明显;Cd比Pb容易去除是由于污染土壤中Cd的存在形态主要是可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态,而Pb的存在形态主要是有机结合态和残渣态。淋洗后土壤中Cd和Pb均达到土壤环境质量标准。     

Removal of heavy metals and arsenic from a co-contaminated soil by sieving combined with washing process

Batch experiments were conducted with a heavy metals and arsenic co-contaminated soil from an abandoned mine to evaluate the feasibility of a remediation technology that combines sieving with soil washing.Leaching of the arsenic and heavy metals from the different particle size fractions was found to decrease in the order: 0.1,2–0.1,and 2 mm.With increased contact time,the concentration of heavy metals in the leachate was significantly decreased for small particles,probably because of adsorption by the clay soil component.For the different particle sizes,the removal efficiencies for Pb and Cd were75%–87%,and 61%–77% for Zn and Cu,although the extent of removal was decreased for As and Cr at 45%.The highest efficiency by washing for Pb,Cd,Zn,and As was from the soil particles 2 mm,although good metal removal efficiencies were also achieved in the small particle size fractions.Through SEM-EDS observations and correlation analysis,the leaching regularity of the heavy metals and arsenic was found to be closely related to Fe,Mn,and Ca contents of the soil fractions.The remediation of heavy metal-contaminated soil by sieving combined with soil washing was proven to be efficient,and practical remediation parameters were also recommended.     

洗涤剂组合两步洗涤修复重金属污染土壤研究

本文以某化工厂受As、Cd、Cu和Pb污染场地土壤为研究对象,将EDTA分别与柠檬酸、鼠李糖脂和草酸组合进行2轮搅拌洗涤修复,考察实验室条件下不同洗涤剂组合对重金属提取能力差异和形态分布的影响,研究多金属污染土壤的最佳洗涤方式.结果表明,与单轮洗涤相比,两轮洗涤处理明显提高了As、Cd、Cu和Pb的去除率,增幅范围在8.45%~36.81%.经过EDTA+草酸组合的洗涤,As和Cu的去除率分别可达24.04%和29.25%;EDTA+鼠李糖脂和鼠李糖脂+EDTA组合对Cd和Pb的去除效果显著,洗脱率分别为47.83%和30.59%.柠檬酸和EDTA组合能有效削减4种重金属有效态比例,使As、Cd、Cu和Pb的有效态分别降低了8.61%、9.37%、14.12%和25.16%.实际工程应用中对多种洗涤剂进行选配,并对多重金属污染土壤进行多轮洗涤修复,应充分考虑重金属去除量以及有效态削减情况,确定洗涤剂最优组合,确保治理修复后土样残留重金属的稳定性以减少对环境后续影响.     

Pb、Zn、Cu、Cd的超富集植物研究进展

我国矿产资源丰富,矿区重金属污染十分严重,Pb、Zn、Cu、Cd四种重金属的污染在我国极其严重。利用超富集植物修复矿区重金属污染土壤,较传统方法而言是一种可靠经济安全的技术。综述了Pb、Zn、Cu、Cd四种重金属超富集植物,分析了可用于的我国重金属超富集植物的分布情况和生活环境,为土壤重金属污染的生态恢复提供参考。     

广东清远电子垃圾拆解区农田土壤重金属污染评价

简单粗放的电子垃圾回收活动给周边环境带来了一系列污染问题,污染物通过食物链的累积最终将对人体健康产生危害.为了解广东省清远市电子垃圾拆解地周边农田土壤重金属污染现状,在该市龙塘镇和石角镇电子垃圾拆解区域内采集22个农田土壤样品,并分析了土样中重金属的含量水平、空间分布特征和化学形态.结果表明,与广东省土壤背景值相比,农田表层0~20 cm土壤中Pb、Cu、Cd、Zn、Ni和Cr元素含量表现出不同程度的富集.从单项污染指数来看,72.7%的表层土壤样品存在一种或几种重金属超标,以Cd、Cu、Pb和Zn污染为主,其中Cd污染比例最高,其次是Cu,最后是污染比例相当的Pb和Zn.内梅罗综合污染指数分析发现68.2%的土壤样品受到重金属污染,其中更有53.3%为重污染等级.大部分重金属之间具有良好的相关性,简单粗放的回收活动成为电子垃圾拆解地周边农田重金属污染的重要来源.Cd、Pb、Zn和Cu在表层土壤中含量较高,深层土部分(20~100 cm)并未表现出随深度增加而显著降低的趋势.Cr和Ni元素在整个采样剖面中含量基本一致,无统计学意义上的差别.重金属化学形态分析结果显示Pb、Cu和Cd的活性形态比例范围分别为36.9%~90.6%、39.6%~93.9%和43.7%~99.6%,平均值分别为61.3%、65.3%和80.7%,绝大多数土壤样品中3种重金属活性形态在总量中的比例占到一半以上,具有极大的生态风险.     

淋洗剂在重金属污染土壤修复中的研究进展

针对镉/铅等一类重金属污染土壤、砷污染土壤,以及镉-铅-砷等复合污染土壤（三类不同重金属污染土壤）,就淋洗剂在污染土壤修复中的选用等问题进行综述.总的来看,对于镉/铅等一类重金属污染土壤,螯合剂的去除率较高.如GLDA（谷氨酸N,N-二乙酸）和柠檬酸等,不仅去除率高,而且环境较友好对于砷污染土壤,复合淋洗剂的去除效果比较显著,如NaOH-EDTA对As的去除率较高对于镉-铅-砷等复合污染土壤,复合淋洗剂则更能发挥其所含各类淋洗剂的优势.如NaOH-H₃PO₄与单一淋洗剂相比,对土壤中多种重金属的去除率均较高.笔者认为,同时对土壤中多种重金属均有较高去除率且二次污染较小的复合淋洗剂将是未来的研究重点.     

淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放及环境风险

淋洗修复后残留土壤中的重金属会因外界环境的改变可能会发生再释放过程而使环境风险增加,淹水是农田土壤常见的管理模式之一,然而淹水介导的土壤环境条件的改变对淋洗修复后残留农田土壤中重金属的再释放和环境风险的变化影响尚不清楚.因此,本研究开展了持续淹水培养（180 d）对经柠檬酸（CA）、EDTA、FeCl₃和HCl淋洗修复后残留土壤中Cd、Pb和Zn的有效性、形态分配和环境风险的影响研究.结果表明随着培养时间的延长,经CA、EDTA和HCl淋洗后土壤中有效态Cd含量呈先增加后减少的趋势,有效态Pb含量增加,有效态Zn含量减少.经FeCl₃淋洗后土壤中有效态Cd、Pb和Zn含量随培养时间延长而增加.形态分析结果表明,淹水会使土壤E_h降低而致使铁锰氧化物的溶解,因此导致可还原态Pb含量向弱酸提取态Pb转移是有效态Pb含量增加的原因;土壤弱酸提取态Cd含量变化与土壤有效态Cd含量变化基本一致;淹水对淋洗修复后Zn形态的影响较小.基于改进的潜在生态风险指数法评价结果表明淹水使CA、EDTA和HCl淋洗后土壤Cd、Zn环境风险和重金属环境总风险减少,使Pb的环境风险增加.淹水后FeCl₃淋洗后土壤Cd、Pb和Zn环境风险及重金属环境总风险增加.由于FeCl₃淋洗后的土壤重金属污染状况较低且环境总风险（低风险）明显小于其它3种淋洗剂淋洗的土壤,因此,FeCl₃可成为Cd-Pb-Zn复合污染土壤的淋洗剂选择,但是需关注其淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放并采取调控措施.本研究结果可为农田重金属污染土壤合适淋洗剂的选择和淋洗法修复重金属污染农田土壤的效果评估提供更为合理的指导思路.     

柠檬酸对重金属复合污染土壤的浸提效果研究

以浙江富阳某炼铜厂附近受Cd、Cu、Pb和Zn复合污染的土壤为研究对象,采用振荡、静置和超声3种不同浸提方式,通过研究柠檬酸在不同浸提方式下对重金属的去除效果,筛选出最佳柠檬酸浓度、处理时间及功率,并采用Tessier连续提取法分析浸提前后4种重金属形态变化.结果表明,柠檬酸对4种重金属均具有较好的去除效果,其中对Zn的去除效果最好,Cd的去除效果最差,而Cu和Pb的去除效果相当.Pb和Zn的去除率均随着柠檬酸浓度的增加而增加,但增幅随之减小,Cu的去除率则先增加后基本保持不变,而Cd的去除率变化不明显.综合考虑成本和浸提效果后,选用0.2 mol·L-1柠檬酸浸提2次为最优条件,最佳振荡时间和静置时间分别为4 h和24 h,最佳超声时间和功率分别为30 min和500 W.柠檬酸能够在很大程度上改变土壤中重金属的形态分布,主要去除以可交换态和碳酸盐结合态形式存在的Cd及以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态形式存在的Cu、Pb和Zn.通过对比3种浸提方式,在同等去除效果的前提下,静置浸提相比振荡浸提需要更长的时间,而将超声波应用于重金属污染土壤淋洗,所需时间较少,因此,超声波辅助浸提土壤中重金属是可行的,具有良好的应用前景.     

Heavy metal accumulation by panicled goldenrain tree （Koelreuteria paniculata） and common elaeocarpus （Elaeocarpus decipens） in abandoned mine soils in southern China

Phytoremediation can be used as a sustainable technology for mine spoil remediation to remove heavy metals. This study investigated the concentration of 7 heavy metal contamination in soil and plant samples at an abandoned mine site. We found that, after vegetation remediation at the abandoned mine site, the reduction rates for 7 heavy metals were in the range of 4.2%–86%, where reduction rates over 50% were achieved for four heavy metals (Zn, Mn, Cd, Ni). Transfer coe cients of the panicled goldenrain tree (Koelreuteria paniculata Laxm) and the common elaeocarpus (Elaeocarpus decipens) for Zn, Mn, Ni, and Co were more than 1. Enrichment coe cients of both trees for Mn were higher than 1. Our results suggest that the panicled goldenrain tree and the common elaeocarpus tree may act as accumulators in remediation. Moreover, the woody vegetation remediation in abandoned mining areas play an important role in improving scenery besides removing heavy metal from contaminated soil.