刍议污染场地的土壤修复工作与修复技术

经济发展所带来的环境污染问题日益严峻,对土壤环境修复工作提出了更高的要求。本文简要介绍了我国污染土壤成因、污染土壤修复工作流程以及目前土壤修复技术分类,为推进土壤修复事业提供参考。     

氧化环境中FeS修复重金属的稳定性变化与机制

硫化亚铁(FeS)是良好的重金属修复剂,但它对氧化环境敏感.当环境氧气浓度升高时,FeS对重金属的固定效果可能发生改变.本研究考察了氧化环境中FeS与重铬酸根、铅和镉离子的反应规律和结合机制变化.结果表明,环境氧气浓度升高可促进Fe~(2+)的释放,且增加FeS表面S(-II)氧化态的比例(与Pb~(2+)反应:从24%增加到44%,与Cd~(2+)反应:从60%增加到78%).延长反应时间至30 d,虽然PbS和CdS结晶度提高,但两者表面出现Pb—O和Cd—O氧化形态,预示着重金属再释放的风险.有氧干燥条件下FeS表面矿物相转变为纤铁矿,对Cr(VI)的还原能力大幅下降.与未干燥FeS(FeS-Cr-3h)相比,当有氧干燥的FeS与Cr(VI)反应时,总铬的去除量下降约96%(由约100 mg·g~(-1)降至(3.74±1.12) mg·g~(-1)),Cr(VI)去除量下降约57%(由约100 mg·g~(-1)降至(43.28±0.46) mg·g~(-1)).FeS及重金属硫化物的氧化显然不利于重金属的长期稳定.如何延缓或抑制FeS与重金属硫化物的氧化因此成为未来研究需回答的问题.     

嗪草酮降解菌Rhodococcus sp.MA的降解特性及固定化应用

从农田土壤中分离得到1株嗪草酮高效降解菌株,命名为MA,该菌5 d对50 mg·L^-1嗪草酮的降解率达到74.8%,最适反应温度和pH分别为30℃和7.0.根据表型与生理生化特征及16S rRNA序列分析,将其鉴定为Rhodococcus sp.MA.利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）鉴定菌株MA降解嗪草酮的中间产物为脱氨基嗪草酮.以海藻酸钠为包埋剂,经正交试验表明,3%海藻酸钠、2% CaCl₂、包埋比8：1和固定时间6 h条件下,菌株对嗪草酮的降解效率最高,为71.2%.将固定化菌体细胞用于修复实验,结果表明,未固定化处理的菌液对湖水及池塘水中嗪草酮（15 mg·L^-1）的去除率分别为72.1%和69.9%;固定化处理后可提高对嗪草酮的去除率,分别达到87.3%和82.6%,具有良好的应用前景.     

凹凸棒石及其改性材料对土壤镉生物有效性的影响与机制

采用室内盆栽实验和吸附平衡实验,研究了凹凸棒石及其改性材料对土壤镉移动性和生菜吸收镉的影响,并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)探讨了其机制.结果表明,凹凸棒石及其改性材料均可显著降低生菜体内的Cd含量,改性材料作用优于未改性材料,分别使生菜地上部分Cd含量最大降低41.0%和56.5%.凹凸棒石及其改性材料在投加量为1%时均可显著降低土壤CaCl_2提取态Cd含量,最大降低幅度分别为34.2%和34.3%.凹凸棒石改性后对镉的饱和吸附容量明显提高.凹凸棒石主要是通过表面的硅羟基与Cd~(2+)发生配位反应形成络合物来固定土壤镉,而改性凹凸棒石材料能够通过其表面的硅羟基和羧基与Cd~(2+)发生配位反应形成络合物,从而降低Cd~(2+)在土壤中的移动性,进而达到钝化修复Cd污染土壤的效果.因此凹凸棒石及其改性材料均可被用于镉污染农田土壤修复,但机制不同.     

铊污染地下水的微生物修复研究

铊(Tl)是一种高毒性的重金属,具有生物蓄积性,自然界中常以Tl(I)形式存在。铊通过各种途径进入水体、土壤和沉积物等,会对环境造成严重的危害。本研究利用好氧微生物处理技术对铊污染地下水进行了修复研究。以乙酸钠为碳源,初始Tl(I)浓度为100μg/L,周期为6 d时,总铊去除率达到了63.50%。总铊去除率随着pH的升高先升高后降低,随着初始Tl(I)浓度的升高而降低。16S rRNA基因测序分析表明了铊抗性或铊氧化细菌的存在,如Stenotrophomonas、Acidovorax、Rhodococcus等,这些细菌的共同作用实现了铊的氧化与原位沉淀。本研究为铊污染地下水的微生物修复提供了理论基础,也为微生物技术修复其他重金属污染地下水提供了新的思路。     

有机改良剂及生物炭对离子型稀土矿尾砂地生态修复的改良探究

选取有机改良剂稻草、锯末、城市污泥、鸡粪及麻杆生物炭进行单施或配施,通过室内杂交狼尾草和红麻盆栽实验,探讨有机改良剂及同时生物炭对离子型稀土矿尾砂地土壤的改良效果.结果表明:①单施4种有机改良剂均能显著提高杂交狼尾草生物量,其中鸡粪处理效果最好;但鸡粪处理中实验前后土壤中有机质亏损高达73.8%,其改良效果持久性较低;而锯末处理中有机质仅亏损16.0%,改良效果持久性更佳.②相对于单施鸡粪,配施麻杆生物炭或锯末均显著增加红麻生物量,显著提高土壤中有机质的含量及土壤持水性,减缓了营养元素的流失;且明显改善有机质亏损,尤其配施锯末后土壤有机质亏损降至45.4%,提高了改良效果持久性.因此,鸡粪配比麻杆生物炭或锯末处理改良长效性较好,环境风险低,可应用于稀土尾砂地基质改良,加快植被复垦.     

氧化木糖无色杆菌(Achromobacte rxylosoxidans)LAX2对Cu、Pb和Cd复合污染土壤的生物矿化修复研究

我国土壤重金属复合污染较为突出,是目前亟待解决的土壤环境问题之一.本文研究了一株氧化木糖无色杆菌LAX2对Cu、Pb和Cd共存体系的生物矿化作用及其复合污染土壤的矿化修复作用.结果表明,菌株LAX2的发酵液、无菌发酵液和菌体细胞对3种重金属的去除能力大小顺序均为Pb~(2+)Cd~(2+)Cu~(2+).X-射线衍射、扫描电镜、红外光谱和能谱分析表明,3种重金属共存时菌株LAX2发酵液可诱导形成PbCO_3和CdCO_3晶体,而Cu不能单独成矿,混合矿物晶体呈长杆状.菌株LAX2发酵液能够明显降低黑钙土和白浆土中Cu、Pb和Cd的有效态含量,矿化修复30 d后,黑钙土中Cu、Pb、Cd的有效态含量分别降低了48.0%、71.4%、62.8%,白浆土中Cu、Pb、Cd的有效态含量分别降低了42.0%、63.2%、53.6%;碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量明显增加,可交换态和有机物结合态含量明显降低.矿化修复后的土壤中重金属的浸出毒性随修复时间的增长而降低,黑钙土中Cu、Pb、Cd浸出量分别降低了90.3%、93.2%、92.8%,白浆土中Cu、Pb、Cd浸出量分别降低了82.5%、86.1%、84.3%.以上结果说明,菌株LAX2可通过碳酸盐矿化作用固定土壤中的复合重金属,且在相同条件下对黑钙土的修复效果好于白浆土.     

响应面法优化解体好氧颗粒污泥的修复方式

通过小试实验,探究提高氨氮、COD浓度、水力剪切力以及投加活性污泥和活性炭粉末对解体好氧颗粒污泥的修复效果,得出进水COD浓度以及投加活性污泥和活性炭对颗粒修复影响较大但单一修复方式效果不理想,进而针对这3个因素,采用响应面法得出其最优耦合修复工况（进水COD、投加活性炭和活性污泥质量浓度分别340mg/L、4.64g/L和2900mg/L）.经过17d运行,解体AGS得到良好修复并通过扫描电镜（SEM）对其形态进行观察,可知修复后AGS表面以丝状菌为主,孔隙、裂痕大幅减少,污泥以活性炭为晶核形成新的AGS并且颗粒修复后粒径由（0.89±0.5） mm快速增加到了（2.19±0.4） mm,氨氧化速率（以LVSS记）由2.49mg/（g·h）提高到3.18mg/（g·h）,由此验证了这种耦合修复方式对解体AGS具有高效且快速的修复作用.     

石墨烯类材料在水处理和地下水修复中的应用

作为一种性质优异的吸附材料,石墨烯类材料对有机物和重金属等多种水污染物均有出色的吸附能力,因此其在水处理和地下水修复工作中的应用前景在近几年备受关注.当前的研究总体上尚停留在实验室模拟阶段,在提高材料饱和吸附量的同时,研制出低成本、稳定性强、易于再生利用且环境友好的石墨烯类材料是今后的发展趋势.本文对石墨烯类材料的种类及制备方法进行了归纳总结,对他们在水处理和地下水修复中的应用研究情况进行了综述,对当前研究中存在的问题进行了分析,最后对未来的研究和应用前景进行了总结和展望.     

密度效应对修复药剂在含水层迁移的影响——以KMnO4溶液为例的室内实验研究

利用典型的地下水修复药剂KMnO₄,通过一系列二维模拟槽实验,探究了密度效应作用下KMnO₄在模拟含水层的迁移分布规律,并分析了溶液浓度和介质粒径对密度效应的影响.结果表明,KMnO₄溶液在中砂和粗砂的模拟含水层中产生了明显的下沉现象,且迁移锋面的下沉程度会随着迁移进程不断加重,这导致KMnO₄的运移逐渐由推流向分层流转变,致使部分浅层模拟含水层无法接触KMnO₄;介质粒径越大、药剂浓度越高,密度效应造成的初期锋面下沉现象越明显,但后期下沉的变化幅度却和粒径与浓度成反比;对于锋面后的药剂迁移主体区域,KMnO₄会随着迁移时间延长逐渐分布均匀,并达到与原浓度基本一致的水平.