磷肥钝化修复重金属污染土壤及其环境风险

磷肥广泛应用于农田重金属污染土壤钝化修复,但不同类型磷肥对多种重金属复合污染土壤的修复效果及其环境风险尚不明确。通过室内土壤培养和土柱淋溶模拟实验,研究枸溶性磷肥-钙镁磷肥(CMP)和水溶性磷肥-磷酸二氢钾(MPP)对重金属Pb、Cd、Cu、Zn复合污染土壤的钝化效果以及磷在土壤剖面中的淋溶损失特征。结果表明,CMP和MPP施用量(以P₂O₅计)为8 g·kg⁻¹时,Pb、Cd的钝化率分别为35.05%和71.72%、31.76%和40.99%,而Cu、Zn则出现一定程度的活化(最高达29.62%)。MPP对Pb的钝化效果显著优于CMP,但对Cd而言,2者差异不明显,且磷肥用量的成倍增加并不能显著提升钝化效果。土柱中土壤全磷、有效磷和淋溶液总磷的质量分数均随着深度(20~65 cm)递增而显著下降,且在某一深度上随着施磷量(1~8 g·kg⁻¹)的增加而显著升高。MPP在高用量下造成的磷淋溶风险显著大于CMP。采用磷肥钝化修复复合重金属污染土壤应综合重金属类型、钝化效果以及潜在的磷流失风险,选择适当的磷肥种类和用量。本研究结果可为磷肥钝化修复重金属污染土壤提供参考。     

7种改性硅藻土对Cd2+、Pb2+、Cu2+的吸附性能对比

首次系统地研究了硅藻土经热活化、锰氧化物、Mg(OH)2改性、聚丙烯酰胺、氨丙基三乙氧基硅烷、微乳液和Cu2等7种方法改性后,在不同pH下对Cd2+、pb2+、Cu2+的吸附效果及其主要机理.在实验条件下,重金属吸附效果最佳的是锰氧化物和Mg(OH)2改性硅藻土.对于pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附,前者的最大吸附量分别为98、84和78 mg/g,后者是79、76和91 mg/g.SEM、BET、XRD、FTIR结果显示,这2种改性硅藻土的比表面积大大增加,且拥有更多能提高其吸附性能的Si-O-H基团.Mg(OH)2改性硅藻土对Cd2+吸附等温线研究表明,其符合Langmuir等温吸附模型.提供的改性方法和实验结果,为硅藻土处理水体重金属污染提供了新的技术手段和理论依据.     

垫料生物炭对Cd2+的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度（300、400和500℃）下的垫料生物炭（D300、D400和D500）和秸秆生物炭（S300、S400和S500）,通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd2+浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd2+的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd2+的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd2+的吸附效果最好;D300和D400对Cd2+的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd2+的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd2+到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

生物炭对Cd污染土壤的修复效果与机理

通过修复培养实验和BCR连续提取实验研究牛粪生物炭（DM）和水稻秸秆生物炭（RS）对2种镉污染土壤的修复效果、影响因素及修复后的Cd的形态分布,探讨可能存在的修复机理。经56 d修复后,与CK相比,5%添加量的牛粪生物炭（DM5%）和水稻秸秆生物炭（RS5%）使TCLP提取态Cd在S1土壤中分别降低了15%和18%,在S2土壤中分别降低了5%和6%。但生物炭添加量为1%时对S2土壤中Cd无显著修复效果。DM5%和RS5%处理使Cd的酸可溶态在S1土壤中降低8.66%和9.25%,在S2土壤中降低7.86%和13.4%,相应的残渣态在S1土壤中升高8.30%和10.54%,在S2土壤中升高8.67%和14.92%。同时,DM5%和RS5%处理使土壤pH提高了7.69%~13.13%,TCLP提取态P增高了0.046~0.39 mg·g-1。结果表明,添加量为5%的牛粪生物炭和秸秆生物炭可有效修复Cd污染土壤。     

镉、砷复合污染土壤钝化修复研究进展

镉、砷复合污染土壤给农田生产和农产品食用安全构成严重威胁.由于镉、砷赋存形态的差异,同步治理难度较大.概述了土壤镉、砷复合污染现状及原位钝化修复难点,着重介绍了当前钝化处理过程中常用的无机和有机钝化材料,多角度探讨了钝化材料多元组配和材料改性的钝化效果及机理,对不同钝化材料的修复成本进行简要的成本效益分析,为镉、砷复合...     

热改性坡缕石对土壤镉污染的钝化效果及对土壤镉生态毒性的影响

Cd在土壤中易被农作物吸收和富集,使农作物产量、品质降低,进而造成食品安全威胁。通过钝化实验与盆栽实验,研究了热改性坡缕石对土壤中重金属Cd的钝化效果与植物富集的影响;并结合重金属生物有效态、修复效率和植物内重金属生物吸收因子对Cd钝化效果和Cd生态毒性进行了评价。结果表明,添加4%热改性坡缕石可显著改善土壤理化性质,使土壤中生物有效态Cd质量分数(DTPA与TCLP提取态)分别由1.34 mg·kg⁻¹(DTPA)和1.29 mg·kg^-1(TCLP)降至0.58 mg·kg⁻¹和0.57 mg·kg⁻¹,同时可促使Cd由酸溶态转化为稳定性较强的可氧化态与残渣态。4%热改性坡缕石处理组,可显著改善玉米幼苗生长状况,使幼苗根长和株高分别增加了37.84%和35.60%,根、茎鲜重分别增加了11.41%和86.12%;同时,亦使生物吸收因子降低了44.00%,提升了土壤修复效率。热改性坡缕石具有规模化应用于土壤重金属污染原位修复的潜力。     

草炭对Cd~(2+)的吸附及其用于Cd污染土壤修复的实验研究

通过室内模拟实验研究了草炭对Cd2+的典型吸附特征,以及添加草炭对Cd污染土壤中其浸出毒性和存在形态的影响。结果表明,溶液pH为3~6时,草炭对Cd2+的吸附量随着pH升高而增加,pH为6~8时草炭对Cd2+的吸附量趋于平稳;当溶液体系Cd2+初始质量浓度不超过800mg/L时,草炭对Cd2+的吸附未达到平衡,其吸附率随Cd2+初始浓度的增大而由98.60%降低至88.53%;草炭对Cd2+的等温吸附行为可用Langmuir、Freundlich方程拟合,r均达到极显著水平;添加草炭能降低轻污染(总Cd为3.0mg/kg)土样中Cd2+浸出量,Cd2+钝化率随草炭添加量增加而增加;相对较低(1%~2%,质量分数,下同)的草炭添加量对重污染(总Cd为6.0mg/kg)土样中的Cd2+表现出活化效果,导致Cd2+浸出量增加;但较高(4%)的草炭添加量下,重污染土样中Cd2+的钝化率要明显大于轻污染土样;添加草炭能影响土样中Cd的存在形态。在2种污染程度的土样中添加草炭后,有效态、无机结合态和残留态Cd所占比例均降低,而有机结合态Cd所占比例均增加。     

植物仿生与化学淋洗联合修复Cd污染土壤

采用植物仿生与化学淋洗联合修复技术对重金属Cd污染的工业场地进行修复,使用H2O、1%乳酸、5%乳酸和0.03 mol·L-1 EDTA溶液作为化学淋洗剂进行原位淋洗,通过改变土壤重金属存在形态以增加植物仿生修复技术的效率。同时研究了植物仿生修复装置大小及修复装置填料组成对植物仿生修复技术效率的影响。结果表明,经过3个月的修复,3块实验田Cd含量的降低率分别为81.97%、82.67%和67.67%,均达到国家土壤环境质量标准（GB15618-1995）规定的Cd三级标准。四种淋洗剂中,以EDTA的联合修复效率最高,为82.33%,其余联合修复效率依次为5%乳酸溶液（74.33%）、1%乳酸溶液（71.67%）、H2O（67.67%）。相关性分析表明,土壤Cd含量与乳酸呈负相关,差异显著;与EDTA呈负相关,差异极显著。植物仿生修复3个月后φ=5.0 cm的植物仿生修复装置的修复效率较φ=2.5 cm的高1.21倍;填料中增加5%赤泥对植物仿生修复效率无明显影响。     

酸改性凹凸棒石对土壤Cu-Zn的钝化修复

过量的重金属积累在农田土壤中会对粮食安全和人体健康造成危害。通过调整酸体积分数和改性时间,制备5种酸改性凹凸棒石,分别按2、4、8、16和24 g·kg⁻¹的投加量施用于土壤中,通过钝化实验,结合单级提取态和BCR多级提取态,对酸改性凹凸棒石的钝化效果进行评价,并分析了重金属污染土壤钝化前后的环境风险因子和修复效率。结果表明,添加16 g·kg⁻¹的酸改性凹凸棒石,可有效改善土壤理化性质,H₂O提取态Cu、Zn质量分数分别较对照组降低了25.91%~47.87% 和49.69%~65%,二乙烯三胺五乙酸提取态(DTPA提取态)Cu、Zn质量分数分别较对照组降低了8.63%~24.30% 和28.26%~46.84%。酸改性凹凸棒石的施用也促进了重金属Cu和Zn由酸溶态、可还原态向较稳定的可氧化态、残渣态转变。当投加量为16 g·kg⁻¹时,12.5%体积分数H₂SO₄改性72 h制得的酸改性凹凸棒石处理组对Cu、Zn的修复效率最高,分别为11.96%和27.70%,本研究结果可为北方碱性农田重金属污染的钝化修复提供参考。     

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。     

有机改性蒙脱石负载巯基修复汞污染土壤

以蒙脱石作为原始材料,对其进行有机改性,将巯基基团负载在有机改性的蒙脱石上制备出重金属汞的稳定剂以稳定化修复汞污染土壤。考察稳定化时间、稳定剂添加量、浸出液pH及有机质含量对稳定化效果的影响,探究稳定化前后土壤汞形态变化。通过XRD、FTIR和SEM分析了蒙脱石、有机改性蒙脱石（Mont-OR）和负载巯基有机改性蒙脱石（Mont-OR-SH）的物理化学特征,通过原子吸收法测定汞浓度。稳定化修复结果表明,稳定化时间为30 d,稳定剂添加量为9%时,汞浸出浓度为0.066 mg·L-1,稳定率为98.3%,达到GB 5085.3-2007规定的汞限值0.10 mg·L-1。添加不同质量的小麦秸秆作为有机质的来源,均对整个稳定化有促进作用,其中添加量为6%时,促进作用最明显,改变浸出液pH,在强酸性和强碱性条件下,利用此稳定剂对汞的稳定作用降低。TESSIER五步提取法结果表明,负载巯基的有机改性蒙脱石的添加导致可交换态汞、碳酸盐结合态汞、铁锰氧化物结合态汞含量下降,而有机结合态汞、残渣态汞含量增加。实验结果证明有机改性蒙脱石负载巯基能够有效地应用于汞污染土壤修复。     

不同纳米修复剂对污染土壤中胡萝卜吸收、转运Cd的影响

通过盆栽实验研究不同纳米修复剂(羟基磷灰石HAP、赤泥RM、Fe3O4、胡敏酸-Fe3O4)对2种不同污染土壤Cd吸收、转运的影响。结果表明,上述纳米修复剂均可显著增加胡萝卜植株生物量,显著提高植株Cd胁迫的耐受指数;不同土壤施用不同纳米修复剂均显著降低胡萝卜植株Cd的含量,并且随着修复剂施加浓度的增加而显著降低;与对照相比,植株茎叶Cd含量最大降低达78.8%,根中Cd的含量最大降低67.8%;添加不同修复剂能不同程度地降低了土壤中Cd的转运系数和富集系数,这可能与施用不同纳米修复剂促进了土壤中非残留态Cd向残留态Cd的转化有关,总体而言,不同纳米型修复剂对降低Cd的有效性顺序为:RM～HAP>胡敏酸-Fe3O4>Fe3O4。     

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pH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pH和CEC。与对照相比,添加几种矿物材料后土壤pH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。     

ZnFe-LDHs改性粉煤灰对模拟废水中镉离子的吸附性能

在碱性条件下利用共沉淀法制备了ZnFe层状双金属氢氧化物(ZnFe-LDHs)改性的粉煤灰,用以去除废水中镉离子。采用BET、SEM、XRF、XRD和FTIR等对改性粉煤灰进行了表征,并研究了其对Cd²⁺吸附特性。结果表明,经ZnFe-LDHs改性后,粉煤灰表面形态发生了较大改变,比表面积与平均孔径均有较大增加;改性粉煤灰对模拟废水中镉离子吸附过程符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型,3个温度(25、35、45 ℃)下的理论最大饱和吸附容量分别为40.83、44.07、47.51 mg·g⁻¹,属于以化学吸附为主的单分子层吸附;吸附反应为自发的吸热反应;吸附机理为表面络合、表面诱导沉淀与离子交换。以上研究结果可为实际废水除镉提供参考。     

有机酸土柱淋洗法修复重金属污染土壤

通过室内模拟实验,采用土柱淋洗方法,研究草酸、柠檬酸、乙酸和酒石酸溶液对某电镀厂附近土壤中重金属的去除效果。探讨了淋洗剂浓度、淋洗次数和淋洗时间等对淋洗效果的影响,研究草酸淋洗前后土壤中重金属形态的变化。结果表明,淋洗过程中铬的去除效果明显滞后于铜、锌和镍3种重金属离子。1 mol/L的草酸在土水比为1∶1,淋洗5h,淋洗4次的条件下可以达到最佳淋洗效果,Cu、Zn、Ni和Cr的去除率分别是99.6%、66.98%、88.7%和18.23%。     

龙葵-镉抗性菌株修复镉污染土壤

为研究镉抗性菌株对龙葵修复镉污染土壤的效应,开展龙葵室外盆栽试验。从镉污染土壤、龙葵根际土壤和标准菌株中共筛选出3株抗镉产铁载体菌株,经16S rRNA基因序列对比分析,以上3株菌株分别被鉴定为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、苍黄假棍状杆菌(Pseudoclavibacter helvolus)和荧光假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)。试验中,研究了此3株菌株单种及其复合接菌处理对龙葵生长和富集镉能力以及土壤修复效率的强化作用。结果表明,与空白对照相比,复合接种苍黄假棍状杆菌和荧光假单胞菌显著(P<0.05)提高龙葵地上部分干质量(提高31.07%)、地下部分干质量(提升75.59%)、龙葵镉总积累量(提高30.28%)、地上部分镉积累量(提高31.53%)、转运系数(提高39.47%)和土壤修复效率(提高67.83%)。此外,接种以上复合菌株后土壤镉去除量的86.16%随淋溶流失,13.84%由龙葵吸收。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd2+的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd2+的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd2+吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd2+浓度为100 mg·L-1,温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L-1条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd2+的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd2+的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd2+后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd2+仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g-1。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd2+的吸附材料。     

改性菌丝体对Ni2+的吸附特性研究

通过专利对菌丝体进行了改性。所制备的改性菌丝体对重金属离子具有良好的吸附效果。结果表明 ,其对Ni2 + 的吸附容量 6 3.2mg/g (初始水溶液中Ni2 + 浓度为 2 0 0mg/L) ,是甲壳素吸附剂的 3.3倍 (19.1mg/g) ,与壳聚糖吸附剂相比吸附容量提高了 135 % ,与D75 1与南开 15 2相比吸附容量非常接近。用 0 .5 %— 0 .2 %的解吸剂便可以完全解吸 ,能够重复使用达 6次以上。本文还研究了改性菌丝体对Ni2 + 的吸附过程中重要的影响因素 ,结果发现 ,在微碱性 (pH =8— 9)条件下 ,改性菌丝体可以把初始浓度高达 80 0mg/L的Ni2 + 溶液一次性降低到 17mg/L ,为改性菌丝体在工业废水处理中的应用奠定了良好的基础。     

改性沸石对Cd(Ⅱ)的吸附平衡及动力学

采用等温吸附法比较了氢氧化钠、氯化钠、硝酸铵、硫酸、磷酸、混合盐和高温改性沸石对含镉废水的吸附效果,并采用Langmuir、Freundlich等温线方程及Lagrange假一级动力学方程、假二级动力学方程、粒内扩散方程对实验数据进行了拟合。结果表明,镉浓度大于10 mg/L时,NaOH改性沸石吸附效果最好,吸附率在99.2%以上;沸石对镉的吸附符合Langmuir方程,属单分子层吸附,最大吸附量Qm=6.456 mg/g;改性沸石对Cd2+的吸附动力学符合假二级动力学方程,以化学吸附为主,有多个控速步骤。