沉积物中重金属的形态及生物有效性研究进展

介绍了近年来河流沉积物中重金属的形态分析及生物有效性的研究现状,分析了沉积物中不同重金属形态分布特征及迁移转化的原因,总结了重金属各种形态的生物有效性的影响因素,并在此基础上提出了今后在沉积物重金属研究中需要解决的问题和发展方向.     

Preparation of high concentration polyaluminum chloride with high content of Alb or Alc

A novel membrane distillation concentration method was used to prepare high concentration polyaluminum chloride (PACl) with high content of Al_b or Al_c. 2.52 mol/L PACl₁ with 88% Al_b and 2.38 mol/L PACl₂ with 61% Al_c were successfully prepared. Three coagulants, AlCl₃, PACl₁ and PACl₂ were investigated on their hydrolysis behavior and speciation under different conditions. The effects of pH and dilution ratio on Al species distribution were investigated by ferron assay. Experimental result showed that pH had a significant effect on Al species distribution for the three coagulants. Dilution ratio had little effects on Al_b and Al_c distribution in whole dilution process except the beginning for PACl₁ and PACl₂. The results indicated that transformation of Al depends largely on their original composition. AlCl₃ was the most unstable coagulant among these three coagulants during hydrolysis process. PACl₁ and PACl₂ with significant amounts of highly charged and stable polynuclear aluminum hydrolysis products were less affected by the hydrolysis conditions and could maintain high speciation stability under various conditions.     

微生物-铁氧化物交互作用对黄土中砷活化迁移的影响

中国黄土高原地区普遍存在地下水砷超过饮用水标准问题,迫切需要深入认识和理解高砷地下水形成机制.在分析黄土中砷的含量、赋存状态基础上,以乳酸钠为有机碳源,开展缺氧条件下厌氧微生物-铁氧化物交互作用影响黄土中砷活化迁移的模拟实验研究.结果表明黄土中砷含量在23~30 mg·kg-1,变化范围很小.砷主要以吸附态、铁氧化物结合态、残渣态形式存在,平均值分别为10.57 mg·kg-1(占总砷37.76%)、10.12 mg·kg-1(占总砷36.15%)、7.19 mg·kg-1(占总砷25.69%);当水中存在有机物形成缺氧环境时,厌氧微生物异化铁还原菌(DIRB)和硫酸盐还原菌(SRB)直接或间接还原铁氧化物引起部分铁氧化物分解,导致吸附态和铁氧化物结合态砷部分释放到地下水中,引起地下水中砷升高,砷释放量主要与水中有机物浓度有关.研究表明,当有机物浓度达到100 mg·L-1时,固液比为1∶10,在土著微生物作用下,砷浓度可以达到15μg·L-1;接种DIRB和SRB以及两种微生物同时存在都有明显的促进黄土中砷活化迁移的作用,水中砷浓度可以达到40μg·L-1.     

磷酸对八宝景天热解过程中As、Pb迁移转化的影响

本文利用管式炉在不同温度下对八宝景天进行直接热解和磷酸预处理热解,研究了As、Pb的迁移特性和形态分布.结果表明：生物炭中As的回收率随温度升高波动,Pb的回收率随温度升高先增大后减小,As、Pb的回收率均在500℃时达到最大,分别为66.2%和73.08%.添加8%磷酸后As、Pb回收率在一定温度范围内增加,并在300℃时达到最大值,分别为83.75%和92.78%.热解温度由300℃升到600℃时,生物炭中As的稳定形态（F4+F5）由不足20%增加到70%左右,Pb的最稳定形态（F5）由3%增加到32%.添加8%磷酸热解后,生物炭中As的稳定性小幅增加,500和600℃时F5分别增加20%和5%;Pb的稳定性显著增加,（F4+F5）均达到90%以上.磷酸添加量对重金属形态分布无明显影响.实验结果表明采用磷酸预处理用于修复植物热解可提高生物炭中重金属As、Pb的回收率及稳定性,并可降低其生态风险指数.     

鹤地水库沉积物营养盐及重金属分布和污染特征分析

为揭示鹤地水库沉积物营养盐及重金属分布和污染特征,对水库代表性区域柱状沉积物样品营养盐及重金属含量进行测定,在此基础上综合分析了水库沉积物营养盐及重金属空间分布特征、磷形态组成及其对水质的潜在影响,并对表层沉积物重金属进行了潜在生态危害评价.鹤地水库3个样点沉积物总氮(TN)含量在2.314～2.427 mg.g-1之间,其含量大小顺序为:湖泊区>过渡区>河流区,总磷(TP)含量在0.591～0.760 mg.g-1之间,其含量大小顺序为:过渡区>湖泊区>河流区;重金属(Cu、Cr、Pb、Zn、Cd和Hg)平均含量分别为31.094、46.85、75.615、385.739、0.624和0.171 mg.kg-1,除Cr外,湖泊区重金属含量均高于过渡区.垂直剖面上,沉积物营养盐及重金属含量总体上均表现出表层富集的特征.鹤地水库沉积物磷形态以无机磷(IP)为主,IP又以铁铝结合态的NaOH-P为主,NaOH-P含量占到IP含量的80%以上,磷组成特点表明其具有较强的潜在释放能力.潜在生态危害评价中,以工业化前沉积物最高背景值为参比的评价结果表明单种重金属基本属于轻微到中度污染,综合生态危害指数(RI)表明鹤地水库沉积物尚处于轻微生态危害程度;而以广东省土壤元素背景值为参比的评价表明重金属Cd和Hg均已达到强到极强污染程度,其余重金属则处于轻微污染水平,沉积物重金属综合RI值达到强到较强危害程度,这与该地区红壤中Cd和Hg的环境背景值较低有关,尽管2种参比评价结果有所不同,但均表明重金属Cd和Hg污染较其他重金属严重,对RI值的贡献最大.     

太湖悬浮物磷的形态分布特征

应用螫合剂分级提取法研究太湖5个湖区悬浮物和表层沉积物中磷的形态分布特征,该方法把磷的形态分为水提取弱吸附态磷(Ex-P)、铁结合态磷(Fe-P)、钙结合态磷(Ga-P)、酸提取有机磷(OrgPac)、碱提取有机磷(Org-Palk)和残渣态磷(Res-P),并对不同形态的磷在沉积物和悬浮物质中的迁移进行了探讨.结果表明,悬浮物和沉积物中磷的形态分布差异很大,悬浮物中磷的主要形态为铁结合态磷和有机态磷,二者的相对含量之和约为80%,而表层沉积物中磷的主要形态是有机态磷,相对含量为50%;悬浮物中铁结合态磷的绝对含量平均值为1 271 mg/kg,表层沉积物中则为190 mg/kg;悬浮物中铁结合态磷相对含量平均值是沉积物中的2.7倍.大量铁结合态磷在悬浮物的沉降过程中可能完成了形态的转化,成为藻类生长的磷营养源.     

含磷基材固化/稳定化铅污染土的铅形态演化和浸出特性

采用过磷酸钙-水泥(SSPC)及水泥(OPC)固化稳定铅(Pb)重金属污染土。通过无侧限抗压强度(UCS)、毒性浸出(TCLP)试验研究了铅污染土固化体的力学和浸出特性,并通过形态提取(BCR)分析了固化体中铅赋存形态,结合重金属形态分布特征,运用风险评价编码法(RAC)评价了重金属的潜在风险程度。试验结果表明:过磷酸钙-水泥(SSPC)和水泥均可显著降低固化体中铅浸出特性,过磷酸钙-水泥(SSPC)固化体的浸出浓度远低于水泥固化体,当过磷酸钙添加量分别为5%和10%时,固化体中铅浸出浓度低于GB/T 5085. 3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》。形态提取试验表明:水泥(OPC)和过磷酸钙-水泥(SSPC)均可促使Pb从活性态(弱酸提取态)向较稳定态(可还原态、残渣态)转化,但过磷酸钙-水泥(SPCC)固化体中残渣态Pb的含量较高。基于改进BCR法获得F1(弱酸态)的基础上,运用风险评价编码法评价了固化后污染土中铅的生态风险等级,对比未固化土,生态风险等级大幅降低。     

颗粒物对混凝过程及超滤膜污染的影响

以nm-SiO₂和μm-SiO₂体系为研究对象,使用3种不同Al形态的混凝剂（AlCl₃、Al₁₃和Al₃₀）进行混凝-超滤实验,考察不同pH值下SiO₂去除率、出水余Al及混凝预处理对膜通量的影响,借助马尔文激光粒度仪、SEM、BET和AFM表征絮体性质及在超滤膜表面的分布和作用力.结果表明,nm-SiO₂体系中SiO₂去除率均低于μm-SiO₂体系,在纳米颗粒物体系中投加混凝剂后膜通量从0.68分别提升至0.96（AlCl₃）、0.86（Al₁₃）和0.87（Al₃₀）,微米颗粒物体系中投加3种混凝剂后膜通量从0.79提升至0.80~0.84.微米级颗粒物是颗粒间的碰撞,纳米级颗粒物主要以团聚态的形式碰撞.低聚态铝（Al_a）和颗粒物形成絮体的粒径均大于150μm,体系zeta电位为负与膜表面产生斥力;在中性条件下Al₁₃与颗粒物形成絮体的强度因子远高于AlCl₃和Al₃₀,中聚态铝（Al_b）将膜孔内部较小颗粒物堵塞形成的不可逆膜污染转移成膜孔表面的可逆膜污染;高聚态铝（Al_c）具有较强吸附架桥和网捕卷扫能力,无定形、不规则的团聚态小颗粒在这一过程中形成较大絮体缓解膜污染.     

氮形态转化对豆科植物物料改良茶园土壤酸度的影响

采用室内培养试验方法研究了添加紫云英、刺槐叶和豌豆秸秆对酸性茶园红壤酸度的改良作用,探讨了培养期间豆科植物中氮形态转化对土壤酸度改良效果的影响.结果表明,3种豆科植物可不同程度提高酸性茶园红壤的pH,培养试验结束时土壤pH的增幅与植物物料灰化碱的含量相一致.豆科植物物料中氮的形态转化影响其对土壤酸化的改良效果,有机氮的矿化导致土壤pH增加,而矿化形成的铵态氮通过硝化反应释放质子,抵消了植物物料对土壤酸度的部分改良效果.添加植物物料使土壤交换性盐基阳离子含量明显增加,土壤交换性铝含量明显减少.     

外源铅铜镉在长三角和珠三角农业土壤中的转化

选择了我国经济发达地区的长江三角洲和珠江三角洲10个代表性农业土壤，采用室内培养和化学分级方法研究了加入外源铅、铜、镉在土壤中的动态变化及转化趋势，探讨了碳酸钙、粉煤灰、猪粪和钢渣等土壤改良剂对土壤重金属形态的影响。结果表明，随着土壤重金属负荷的提高，土壤中交换态重金属的比例增大，残余态比例下降，有效性提高，对环境威胁增大。当重金属加入最较低时，重金属优先向氧化物结合态、有机质结合态转化；而当加入最较高时，向交换态和碳酸盐结合态转化的比例明皿增加。pH和土壤组分对重金属在土壤中的转化有显著的影响，土壤pH下降可使交换态Cd、Cu、Pb的比例递增。加入碳酸钙、粉煤灰、猪粪和钢渣等改良剂可显著地降低土壤中交换态重金属比例，增加其它形态的重金属比例。