辽宁省红透山铜矿区土壤中重金属迁移特征研究

采用柱淋溶实验模拟辽宁省红透山铜矿区土壤中重金属的淋溶迁移特征,研究了淋溶液pH、电导率(EC)和重金属含量的变化及其相关性,分析了重金属在淋溶前后的总量和形态变化,并初步探讨其生态与健康风险.结果表明,在1～3次淋溶中,淋溶液pH迅速下降,土样中的部分酸性物质被快速溶出,在第3次淋溶之后,淋溶液pH缓慢上升;淋溶初期淋溶液EC大幅度、迅速降低,此后随着淋溶次数的增加EC缓慢降低;Fe、Mn、Cu、As、Cd均能从土样中溶出进入淋溶液,其中Fe、Mn、Cu、As的溶出主要在淋溶初期,而Cd除了在初期有所溶出外,在淋溶后期还存在二次溶出释放阶段;淋溶后土样中绝大部分重金属总量均有所下降,各重金属的解吸率为Cd＞As＞Fe＞Cu＞Mn＞Zn,其中以Cd、As含量下降最为明显,而Zn基本未溶出;淋溶前后土样中重金属的活性态(弱酸提取态(BCR-1)、可还原态(BCR-2)、可氧化态(BCR-3))含量发生了不同程度的变化,Fe的活性态含量在淋溶后变化很小,Mn、As的活性态含量在淋溶后有所上升,而Cu、Cd的活性态含量在淋溶后有所下降;随着淋溶的进行,土壤中各重金属的赋存形态发生了一定变化,从而可能引起其生态与健康风险的改变.     

砷污染高原湖滨湿地沉积物对磷酸盐的吸附能力及影响因素探究

选取云南阳宗海湖滨湿地沉积物为研究对象,以阳宗海农田土壤为对照,通过室内模拟实验,研究不同砷污染程度的沉积物对磷酸盐吸附的差异及影响因素。结果表明:(1)低浓度磷酸盐时吸附能力为底层沉积物表层沉积物农田土壤;高浓度磷酸盐时吸附能力为表层沉积物底层沉积物农田土壤;主要与沉积物表面的吸附点位的分布差异有关。(2)砷污染沉积物中活性态砷的含量及水体pH是影响沉积物富集磷的重要因素。(3)可还原态砷、水体pH、弱酸提取态砷对磷酸盐的吸附有重要贡献。     

厌氧消化污泥与菌渣对煤矸石特征污染物释放的原位控制效果研究

为评价厌氧消化污泥与菌渣对煤矸石特征污染物释放的原位控制效果,分别向煤矸石中添加厌氧消化污泥、菌渣、厌氧消化污泥与菌渣混合物,稳定、陈化30d后测定煤矸石浸出液pH、电导率(EC)、氧化还原电位(Eh)、总Fe、Fe~(2+)、SO_4~(2-)及煤矸石有效态Fe、Mn、Cu、Zn等指标进行控制效果研究。结果表明:(1)厌氧消化污泥、菌渣及其混合物的添加均能不同程度提高煤矸石浸出液pH。(2)厌氧消化污泥、菌渣及其混合物的添加均可不同程度降低煤矸石浸出液总Fe、Fe~(2+)、SO_4~(2-)及煤矸石有效态Fe,且厌氧消化污泥与菌渣混合组降低效果总体上最明显。(3)厌氧消化污泥、菌渣及其混合物对煤矸石中Mn、Zn、Cu释放的影响存在明显差别,其中厌氧消化污泥、厌氧消化污泥与菌渣混合组均增加煤矸石浸出液总Mn、总Zn及煤矸石有效态Mn、Zn;菌渣组、厌氧消化污泥与菌渣混合组均能有效降低煤矸石浸出液总Cu及煤矸石有效态Cu。     

水库沉积物-水界面可溶性锰与环境因素的相关性

水库和湖泊的锰污染是重要的环境问题之一,研究水库沉积物-水界面可溶性锰的迁移-转化规律及其环境因素的影响,具有重要的科学意义和应用价值。以青岛市王圈水库为例,通过室内模拟实验,系统研究水库沉积物-水界面可溶性锰(包括二价锰和三价锰)、pH、Eh、溶解氧(DO)、溶解性有机碳(DOC)的动态变化规律,并定量分析可溶性锰(Mndiss)与环境因素的相关性。研究表明,浓度梯度是上覆水各层Mndiss和Mn(Ⅲ)迁移扩散的主要驱动力,上覆水和间隙水之间Mndiss和Mn(Ⅲ)存在明显的浓度差;水库底部处于还原环境时,沉积物中Mn氧化物发生还原反应,从而使Mndiss和Mn(Ⅲ)释放出来;间隙水中Mn_(diss)和Mn(Ⅲ)均与pH、Eh和DOC呈现显著性相关,Mndiss与三者的相关系数分别为-0.861、-0.882和-0.934,而Mn(Ⅲ)与三者的相关系数分别为-0.836、-0.671和-0.851。     

人工湿地挺水植物脱氮效果研究

为了比较不同季节人工湿地挺水植物的脱氮效果,以菖蒲(Acorus calamus)、香蒲(Typha angustifolia)和芦苇(Phragmites australis)3种挺水植物为材料构建潜流型人工湿地,在春夏、夏秋两季间歇式均匀布水条件下,通过测定污水中pH及溶解氧(DO)、氨氮、硝态氮、总氮浓度,分析不同季节挺水植物的脱氮效果。结果表明:出水DO浓度在春夏季表现为对照(CK)湿地菖蒲湿地香蒲湿地芦苇湿地,在夏秋季表现为CK湿地菖蒲湿地芦苇湿地香蒲湿地;人工湿地出水pH均呈弱碱性,种有挺水植物的人工湿地在春夏季和夏秋季的pH分别为7.33~8.09、6.81~7.59;在春夏季,芦苇湿地的总氮去除率最高;在夏秋季,香蒲湿地的总氮去除率最高。     

珠江河口湿地沉积物吸附氨氮及影响因素研究

沉积物对氨氮的吸附作用在河口湿地生态系统中的氮素循环过程中起着重要作用。采用实验室模拟的方法对珠江河口红树林、芦苇和光滩区表层湿地沉积物吸附氨氮的行为及影响因素进行研究。结果表明:3个不同区域沉积物对氨氮的吸附量呈现明显差异;植物区(红树林、芦苇区)沉积物对氨氮的承载能力强于光滩区;随上覆水盐度的增加,沉积物由吸附氨氮逐渐转变为释放氨氮;短时间水体扰动的加剧有助于沉积物吸附氨氮;沉积物对氨氮的吸附量随上覆水氨氮浓度升高而增加,但吸附率却逐渐下降;有机质含量的减少会降低沉积物对氨氮的吸附能力。     

红树林沉积物汞、砷形态分布研究——以东寨港为例

研究了东寨港红树林湿地潮间带沉积物中汞(Hg)、砷(As)的化学形态组成、垂直分布及理化性质对其形态转化的影响。结果表明:分别有80%和25%的沉积物样品中Hg和As超过背景值;YF采样点沉积物中Hg和As相对较高,XB采样点沉积物样品中Hg和As相对较低。Hg和As随深度的增加总体呈降低趋势。沉积物中Hg形态累积质量分数大致为:残渣态可氧化态可还原态酸溶态,As主要以残渣态存在。沉积物中Hg污染指数和迁移系数远大于As,受人类活动影响较大。YF采样点沉积物中Hg和As污染指数和迁移系数较其他采样点高,环境风险相对较大。不同采样点Hg和As形态与理化性质相关程度不同,无污染或轻度污染采样点沉积物中两种元素在一定程度上受沉积物pH、有机质及盐度影响,污染相对较重的YF采样点沉积物中Hg、As形态与沉积物pH、有机质及盐度的相关性较弱。     

膨润土复合新型吸附剂处理含Mn~(2+)废水

针对废水中Mn2+难去除问题,利用经高温焙烧制备的膨润土-粉煤灰复合新型吸附剂对废水中的Mn2+进行吸附处理实验研究。研究了新型吸附剂在不同的吸附时间、pH、初始Mn2+浓度条件下对Mn2+的吸附去除效果影响、Fe2+、Mn2+共存时竞争吸附特性以及吸附Mn2+的吸附性能和反应动力学。实验结果表明,新型吸附剂处理Mn2+浓度为35 mg/L的废水,在温度25℃、转速100 r/min、投加量20 g/L、吸附时间120 min、pH≥7时反应条件最佳,Mn2+的去除率均可达到90%以上;Fe2+、Mn2+共存时,存在竞争吸附,Fe2+会被优先选择吸附去除,Fe2+的存在会影响Mn2+的去除效果;膨润土复合新型吸附剂对Mn2+的吸附行为符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。新型吸附剂对废水中的Mn2+有很好的去除效果,而且能有效解决膨润土不易固液分离问题,可作为含Mn2+废水高效、廉价、环保的水处理吸附剂。     

土壤pH和Eh对重金属铬(Ⅵ)纵向迁移及转化的影响

土壤自身pH和Eh是重金属铬(Ⅵ)在土壤迁移转化中的重要影响因素。为了研究铬(Ⅵ)在土壤不同初始pH和Eh条件下的纵向迁移与转化,调节土壤pH和Eh,采用室内土柱连续降雨淋溶实验,制备5种不同性质的土样进行土柱淋溶实验,在不同时刻不同埋深处取土样,并溶解过滤取上清液测试铬浓度(原子分光亮度计法)。结果表明,酸性条件下的土壤吸附性较好,氧化条件下的土壤迁移性最强,还原条件下的土壤中被转化还原为铬(Ⅲ)的量最多。因此,可以通过调节土壤的pH和Eh来有效地控制铬的迁移和转化。一方面,调节土壤pH,增大pH值,减弱土壤吸附能力并加速淋滤出土壤中的铬(Ⅵ);另一方面,调节土壤Eh,降低Eh值,促使土壤中铬(Ⅵ)的还原,转化成毒性较小的铬(Ⅲ),减轻土壤铬污染,改善土质。     

灭菌处理对不同氧化还原环境下含硫煤矸石中污染物释放的影响

为评价微生物在不同氧化还原环境下对含硫煤矸石中污染物释放的作用,通过设置氧化处理、氧化灭菌处理、还原处理和还原灭菌处理4组处理方式对煤矸石进行连续浸提实验,并测定0、1、3、6、9d后各处理煤矸石浸出液的pH、电导率(EC)、氧化还原电位(Eh)、总溶解性固体(TDS)、金属离子(Fe3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+)和阴离子(SO2-4、F-)等特征污染指标。结果表明:氧化环境下,灭菌处理能抑制煤矸石氧化酸化,提高煤矸石浸出液的pH,降低浸出液EC、TDS,并明显降低煤矸石浸出液中Fe3+的溶出浓度,对Mn2+、Cu2+、F-和SO2-4等特征污染离子的溶出也有一定的抑制效果,且随着浸提时间的延长,这种抑制效应日趋加强;而还原环境下,灭菌处理却在一定程度上减弱了还原环境对煤矸石中污染物释放的抑制作用。综上表明,灭菌与否对不同氧化还原环境下含硫煤矸石污染物的释放有重要影响。因此,可以通过工程手段调控矿山环境中微生物活性或类群,对含硫煤矸石污染进行有效的原位控制或治理。     

Citrobacter sp.strain Y1S抑制煤矸石产酸及重金属释放的研究

从长期受煤矸石酸性废水污染的底泥中分离筛选出一株非传统硫酸盐还原菌Citrobacter sp. strain YS1(以下简称YS1),考察了菌株YS1对煤矸石产酸及重金属释放的抑制效应。结果表明,菌株YS1能有效抑制煤矸石产酸及重金属释放,加菌(SM)组煤矸石浸出液中Mn、Zn、Cu、Ni、Cd、Fe的浓度比空白对照(CK)组分别降低30.91%、42.12%、51.50%、56.25%、45.45%、34.02%。加菌+碳源(SMR)组的抑制效果更优,煤矸石浸出液中Zn、Cu、Cd均低于仪器检出限,Mn、Ni、Fe浓度相比CK组分别降低99.78%、98.75%、99.95%。SMR组的抑酸效果也更明显,可将煤矸石浸出液pH从5.45提升至7.88。菌株YS1可将SO■还原为S^2-,并与重金属离子生成固体硫化物覆盖在煤矸石表面,减缓煤矸石中黄铁矿氧化。YS1表面的多糖、蛋白以及脂质中的羟基、氨基等基团均可能参与了对重金属离子的络合作用。     

菜籽饼施加对镉-铜污染土壤中重金属形态转化及其植物有效性的影响

选择菜籽饼作为有机物料,模拟水田条件,研究菜籽饼施用后重金属污染土壤中镉-铜的赋存形态的变化及其有效性的影响。结果表明,菜籽饼施加后,土壤pH波动在0.5内,变化较小。但在一定程度促进土壤中镉、铜由弱酸提取态向可还原态转化,残渣态占比变化均较小。经培养一定时间,植物有效态DTPA-Cd由1.26±0.03下降至0.69±0.03,下降幅度约为45.2%,DTPA-Cu由82.9±0.09下降至48.7±0.09,最大下降幅度约为41.3%,下降较为明显。同时,土壤溶液中可溶性碳(DOC)和可溶性氮(DON)的含量显著增加,分别增加约4.14倍和6.48倍,因此,菜籽饼应用于重金属污染水稻土改良,可以间接降低水稻中重金属的含量。     

煤矿酸性废水对喀斯特稻田环境污染的实验研究

为系统评价煤矿酸性废水(AMD)污染对喀斯特稻田环境的影响,分析了不同程度AMD污染作用下稻田水-土体系中pH、电导率(EC)、氧化还原电位(Eh)、铁、锰、铜、锌、SO_4~(2-)等特征污染组分及土壤微生物量、脲酶活性、磷酸酶活性、过氧化氢酶活性等生物特性的变化。结果表明:(1)在污染前期较低污染倍数下,喀斯特稻田水-土系统对AMD污染有较好的缓冲性能,但高浓度持续污染1周以上可导致稻田田面水及土壤的明显酸化,增加体系的EC和Eh。(2)AMD的污染程度增加可提高田面水中铁、锰、铜、锌和SO_4~(2-);稻田土壤可通过吸附及自身的缓冲体系使得田面水中铁、锰、铜、锌较低,但在明显较高的污染程度下,又会通过土壤已有组分的溶出,明显增加田面水中锰、铜、锌。(3)AMD污染可降低稻田土壤微生物量、脲酶活性,但对磷酸酶活性的影响不明显;由于AMD引入大量H~+及丰富的铁离子将会促进H_2O_2的分解,进而造成过氧化氢酶活性总体升高的假阳性趋势。     

江汉平原高砷地下水区地下水的化学特征及指示

以江汉平原中部的仙桃市、洪湖市2个砷中毒病区作为典型研究区,每处分别取了30户手压井水样,通过对样品中As浓度的分析、测试,并结合分析水样总溶解固体(TDS)、pH、氧化还原电位(ORP,以Eh表征)、SO2-4、NO-3、Cl-、HCO-3、Fe、Mn等指标,探讨了地下水中As浓度与化学指标间的相关性。结果表明,所取60份水样中,As质量浓度最高值为1.560mg/L,超过0.05mg/L的有17份水样,超标率为28%;研究区地下水pH为6.01~7.16,平均为6.56,明显偏酸性,Eh为13.6~75.3mV,平均为44.2mV,呈弱氧化性,该结果与中国山西大同盆地、山阴地区、内蒙古河套平原等原生高砷水地区有着明显的差异;水样的As浓度与TDS、HCO-3、Fe、Mn浓度呈正相关,与SO2-4、NO-3浓度呈负相关,研究区地下水环境是典型的高砷水赋存环境;水样中TOC质量浓度为2.35~5.32mg/L,平均为3.29mg/L,溶解性有机物对水体中As的迁移转化有着很重要的作用。     

重金属污染河流生态修复区沉积物砷形态分析

生态修复是重金属污染河流治理的重要手段之一,以云南省文山州内跨境河流小白河生态修复区为研究对象,探析了不同形态砷在小白河生态修复区沉积物表层(0~10cm)、中层(10~20cm)和底层(20~30cm)的空间分布规律。结果表明:(1)表、中、底层中主要以残余态砷存在;残余态砷随沉积物深度的增加占比逐渐增大。表层中可氧化态砷弱酸可提取态砷可还原态砷;中层中可氧化态砷弱酸可提取态砷可还原态砷;底层中可氧化态砷可还原态砷弱酸可提取态砷。(2)小白河表层沉积物中砷全量总体呈B断面D断面C断面。(3)有机质与可还原态、可氧化态砷的结合趋势较大。(4)随着采样深度的增加,可提取态砷明显减少。故在利用该生态修复区进行环境治理时,应该重点针对表层沉积物进行定期清淤,减少该层沉积物的环境风险。     

加气混凝土砌块吸附初期径流中磷的效果与机制

为发掘具有高效除磷性能的新型基质,提高人工湿地处理初期径流能力。选用废弃的加气混凝土砌块(加气块)作为实验材料,通过吸附动力学、吸附等温线实验及磷形态分析实验等探究其对磷的吸附机制,并将其作为基质应用于人工湿地中处理初期降雨径流,与传统基质砾石作对比,考察湿地除磷效果。结果表明:吸附过程随时间呈现快速吸附、缓慢平衡的特点,且可用准二级动力学方程拟合;吸附过程中溶液的pH、Ca~(2+)浓度均随时间增加而升高;Langmuir吸附等温方程相较于Freundlich可更好地描述加气块对磷的等温吸附过程,最大吸附容量(Q_m)为4 170.71 mg·kg~(-1);吸附主要是以Ca-P形式的化学吸附,且不易解吸。加气块湿地除磷效果明显优于砾石湿地。因此,将加气块应用于湿地处理初期经流,能有效提高湿地除磷能力。     

潜流人工湿地对微污染河水的净化效果

为了探讨潜流人工湿地对微污染河水的净化效果,在野外条件下构建潜流人工湿地,分析了湿地中pH、氧化还原电位(ORP)和DO的进出水变化,考察了湿地中污染物的净化效果,探讨了温度对湿地净化效果的影响。各湿地进、出水DO浓度相差不大;除美人蕉湿地外,其余湿地出水pH较进水变化较小;植物湿地出水ORP较进水均有所增大。植物湿地对污染物的去除效果均优于空白湿地,且随着气温的升高,NH4+-N、TN和CODMn的去除率逐渐增加,去除率分别可达90%、50%和20%。TP去除率却未随温度发生明显变化,始终波动在30%～60%之间。相关性分析结果表明湿地中NH4+-N和TN的去除率与温度相关,较低的有机物浓度造成CODMn的去除率与温度相关性差,由于湿地对磷的去除主要以颗粒态磷(PP)为主,TP的去除与温度不相关。     

菖蒲对沉积物中各形态磷垂直分布的影响

在实验室模拟条件下,培育根系较发达的湿地植物菖蒲(Acorus calamus),以探究其对沉积物中各形态磷垂直分布的影响。结果表明:(1)实验60d后,对照组上覆水TP、溶解性活性磷(SRP)显著升高(P0.05),而菖蒲组上覆水TP、SRP降低。(2)对照组各形态磷含量在沉积物各深度之间无显著差异(P0.05)。菖蒲组沉积物中各形态磷含量(除盐酸提取磷)均不同程度低于对照组和初始值。菖蒲组沉积物中TP、有机磷、氢氧化钠提取磷在沉积物5cm处变化幅度最大,与初始值相比分别降低94.08、58.30、56.19mg/kg;无机磷在沉积物2cm处下降了35.40mg/kg。(3)菖蒲通过自身的生长吸收以及改变周围环境因子,直接或间接地影响了沉积物各形态磷的垂直分布。     

不同粒径泥沙理化特性对磷吸附过程的影响

以北京大兴南海子湖表层沉积物为研究对象,测试分析了0.147～0.246 mm(细砂)、0.074～0.147 mm(极细砂)、0.0385～0.0740 mm(粉粒)和<0.0385 mm(粉粒粘粒混合物)4种粒径泥沙对磷的吸附行为,并采用相关分析及逐步回归分析探讨不同粒径沉积物中有机质(OM)、Fe、Al、Ca、Mn和TP含量对磷吸附过程的影响。结果表明,二级动力学方程和Langmuir模型能较好地描述南海子不同粒径泥沙的吸附动力学及等温吸附过程(R2>0.90)。粒径对单位质量泥沙吸附磷量具有明显影响,粉粒粘粒混合物>粉粒>细砂>极细砂。总体上,泥沙有机质(OM)、TP、Fe、Al、Ca和Mn含量随粒径的减小而增大,且粘粒对其影响较大。不同粒径泥沙(OM)、Fe、Al、Ca和Mn含量之间存在极显著正相关关系(P<0.01),且均对单位质量泥沙最大吸附量(Xm)和饱和吸附量(Cse)具有正效应,其中Al含量对该参数的影响更为显著。这说明泥沙对磷的吸附行为可能受到粒径和化学成分的共同影响。     

翅碱蓬-沙蚕对Cu污染沉积质理化性质的影响研究

以中国北方滩涂湿地的优势种植物翅碱蓬(Suaeda heteroptera Kitag.)和优势多毛类动物双齿围沙蚕(Nereis succinea)为实验对象,以向沉积质中添加Cu2+来模拟重金属污染,通过盆栽实验,分别测定翅碱蓬、沙蚕及两者混合培养对Cu污染沉积质的pH、氧化-还原电位(Eh)、总氮含量、总磷含量及脱氢酶活性的影响,研究它们对Cu污染沉积质理化性质的改善作用。结果表明,翅碱蓬、沙蚕对Cu污染沉积质理化性质的影响与Cu处理浓度有关。翅碱蓬-沙蚕体系对Cu污染沉积质理化性质的影响与两者单独作用时均不同,且对不同Cu处理浓度沉积质的影响效果也不尽相同;总体来看,对于Cu污染沉积质,翅碱蓬-沙蚕体系可促使pH升高,Eh下降,总氮含量升高,脱氢酶活性升高,而对总磷含量的影响不明显。