镉污染土壤淋洗剂研究进展

随着工农业的发展,土壤重金属污染问题日益突出,土壤污染治理已成为农业和环境等相关领域的研究热点。以土壤重金属污染中最严重的镉污染治理为研究目标,以化学淋洗剂为研究对象,综合评述了不同类型淋洗剂的洗脱机理、淋洗效果和影响因素,推荐了适用于不同镉污染土壤的淋洗剂,并对现阶段国内外镉污染土壤淋洗剂研究中存在的问题和研究方向进行了总结和展望。研究认为土壤镉污染复合淋洗技术的机理研究,淋洗技术的示范和推广,适用低渗透土壤的淋洗剂研发,淋洗下土壤及环境的变化研究,淋洗剂投放后土壤修复的数值模拟研究,低成本、高效率生物表面活性剂、螯合剂、土壤缓冲剂的开发,以及开展多学科的交叉融合研究等是未来镉污染土壤淋洗技术研究的主要方向。     

不同施肥措施对水稻土壤微生物镉抗性的影响

镉（Cd）是最常见的土壤重金属污染物之一,对植物和人体具有毒害作用,研究不同施肥条件下的土壤微生物Cd抗性水平,可以为有机肥改良重金属污染提供一定的理论依据.为了探讨施无机肥和有机肥对于微生物Cd抗性水平的影响,在中国江苏常州、江西上高和福建福州水稻种植区采集了施有机肥（猪粪）和无机肥的土壤样品及猪粪样品,利用功能基因芯片（GeoChip 5.0）技术,研究了土壤微生物Cd抗性功能基因的响应及影响Cd抗性功能微生物群落互作的因素.结果表明,施有机肥土壤中有效态Cd含量[（1.08±0.70）mg·kg^-1]显著低于施无机肥土壤[（3.75±1.22）mg·kg^-1]（P<0.05）.土壤及猪粪样品中共检测到639个Cd抗性功能基因,施有机肥土壤中微生物Cd抗性基因丰度高于施无机肥土壤;有效态Cd含量、含水率、pH和铵态氮含量是影响Cd抗性微生物分布的重要环境因素.对Cd抗性微生物分子生态网络分析表明,施无机肥条件下,pH、含水率和有效态Cd含量是影响功能微生物潜在互作关系的主要因素;施有机肥条件下,主要影响因素是全钾和含水率.相比较无机肥,施用有机肥提高了土壤中微生物的Cd抗性水平及耐Cd微生物分子生态网络中的正相互作用.     

硫脲改性猪粪生物质炭对模拟农田径流中镉和草甘膦吸附特征

为同时去除农田地表径流中的重金属和农药,利用猪粪制备未改性猪粪生物质炭（简称"未改性生物质炭"）和硫脲改性猪粪生物质炭（简称"改性生物质炭"）,分析比较硫脲改性对生物质炭的pH、元素组成、表面含氧官能团和巯基含量等理化性质的影响,并系统地研究了单一和复合污染体系中初始浓度对两种生物质炭吸附水溶液中镉（Cd）和草甘膦效率的影响.结果表明:①与未改性生物质炭相比,改性生物质炭的pH、O/C（原子比）和H/C（原子比）降低,比表面积增大,含氧官能团和巯基含量增加.②与未改性生物质炭相比,改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附能力增强,最大表观吸附量（Q_max）增加了近3倍;随着Cd和草甘膦初始浓度的增加,未改性和改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附量逐渐增加,增加量最高分别达18.52%和7.60%.③单一污染体系中两种生物质炭对Cd或草甘膦的吸附更符合Langmuir等温吸附模型,说明其对Cd或草甘膦的吸附机理是单分子层的吸附起主导作用.④复合污染体系中,未改性和改性生物质炭对Cd的吸附能力分别增加了25.28%和21.26%,未改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量增加了29.34%,但改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量降低了47.28%;未改性和改性生物质炭对草甘膦的吸附能力减弱,但最大表观吸附量分别增加了2.63和3.45倍.研究显示,硫脲改性猪粪生物质炭作为一项有前景的新技术,为解决实际环境中的复合污染问题提供了经济环保的技术手段.      

某铀尾矿库土壤核素污染与优势植物累积特征

采用野外采样和电感耦合等离子体质谱仪分析法,测定某铀尾矿库内自然生长的14种优势植物及其根系土壤中核素的含量,并针对植物对核素的耐受性和富集性能进行分析. 结果表明:双穗雀稗(Paspalum distichum L.)、圆果雀稗(Paspalum orbiculare Forst.)、水莎草〔Juncellus serotinus (Rottb.) C. B. Clarke〕、水蜈蚣(Kyllinga brevifolia Rottb)和碎米莎草(Cyperus iria L.)的地上部分及金毛狗〔Cibotium barometz (Linn.) J. Sm.〕的地下部分对铀(U)和钍(Th)均有不同程度的累积. 莎草科的碎米莎草的地上部分对U的富集系数高达6.04,其余植物的富集系数均小于1;一部分植物样对U的转移系数小于1.莎草科的水蜈蚣对Th的转移系数为2.56,其他植物的转移系数均小于0.50.莎草科植物对U的吸收富集性能明显优于其他科植物,碎米莎草对U则表现出超耐受性和超富集性.      

石灰干化污泥稳定后土壤中Pb、Cd和Zn浸出行为的研究

以人工制备Zn、Pb、Cd污染土壤为研究对象,采用城市污水处理石灰干化污泥作为稳定剂,对污染土壤进行稳定化处理,并采用TCLP、SPLP、去离子水浸提和优化的BCR连续提取法对稳定化效果进行分析和评价.结果表明,单独使用石灰干化污泥,TCLP浸出浓度随着干化污泥质量分数的增加而显著减少,干化污泥的质量分数为40%时,稳定化率最大为Zn-99.54%、Pb-99.60%、Cd-99.85%.SPLP和去离子水浸出评价稳定效果时,Pb和Zn在加入质量分数10%和20%的干化污泥时浸出明显降低,但在加入30%和40%时由于在强碱条件Pb和Zn会再溶出,导致稳定效果变差.为了恢复植物生长功能,经过FeSO4和H3PO4调节pH后,石灰干化污泥稳定过的土壤pH有效降低,同时FeSO4和H3PO4有利于促进Pb和Zn的稳定效果.经稳定化后,土壤中的重金属可交换态降低,限制了土壤重金属的迁移.该研究结果表明石灰干化污泥可以再利用,应用于重金属污染土壤的稳定化修复中,并能改善稳定后土壤适宜植物生长的理化性质.     

Thermodynamics and kinetics of cadmium adsorption onto oxidized granular activated carbon

Cadmium sorption behavior of granular activated carbon oxidized with nitric acid was systematically studied by sets of the equilibrium and time-based experiments under various conditions.The cadmium adsorption capacity of oxidized granular activated carbon enlarged with an increase in pH,and reduced with an increase in ionic strength.Experimental data were evaluated to find out kinetic characteristics.Adsorption processes were found to follow pseudo-second order rate equation.Adsorption isotherms correlate well with the Langmuir isotherm model and the maximum sorption capacity of cadmium evaluated is 51.02μmol/g.Thermodynamic parameters were calculated based on Van't Hoff equation.Equilibrium constant Kd was evaluated from Freundlich isotherm model constants,Langmnir isotherm model constants,and isotherms,respectively.The average change of standard adsorption heatΔH~0 was -25.29 kJ/mol.NegativeΔH~0 andΔG~0 values indicate the adsorption process for cadmium onto the studied activated carbon is exothermic and spontaneous.The standard entropyΔS~0 was also negative,which suggests a decrease in the freedom of the system.     

除镉最佳混凝剂的筛选及应用条件研究

通过采用聚合氯化铝铁（PAFC）、氯化铁（FeCl3）及聚合硫酸铁（PFS）对含镉废水的处理研究表明,三种混凝剂对含镉水体均有良好的处理效果,同等条件下,三种混凝剂对含镉水体去除率分别为98.22%、92.19%和93.63%。研究了PAFC对含镉水体的混凝沉淀效果,实验结果表明：碱性条件有利于镉离子的沉淀,当pH为9～11时,去除率可达98.00%左右;对于初始浓度为4.000 0 mg.L-1的含镉废水,经处理后,水体浓度可降至0.184 0 mg.L-1,对于初始浓度为0.400 0 mg.L-1的含镉废水,经处理后水体浓度降至0.007 2 mg.L-1;废水中投加一定量的石灰乳对PAFC除镉起一定的作用,投加量达30.00 mg.L-1时,其去除率达99.91%;通过对PAFC除镉动力学拟合,符合一级线性动力学方程。     

西昌邛海沉积物重金属含量时空变化与污染评价

通过对四川省西昌市邛海沉积岩芯10种金属元素全量与表层沉积物7种重金属元素全量和赋存形态的分析,研究了近百年来重金属累积和污染的时空特征及其在表层沉积物中的潜在生态风险.20世纪70年代之前,沉积岩芯中金属元素含量均较为稳定;70年代沉积物中Al、Fe、K和Cr含量呈明显的峰值,与流域降水量增加及围湖造田和毁林开荒等导致的细颗粒表土侵蚀输入有关;90年代以来,随着流域土壤侵蚀强度降低,Al、Fe、K和Cr等含量总体呈下降趋势,而As、Cd、Cu、Pb和Zn含量逐渐升高或较为稳定.富集系数结果表明,沉积岩芯中Cd、Pb和Zn受到不同程度的人为污染;其中Cd污染最重,污染开始于20世纪60年代,90年代以来保持在中等污染水平.表层沉积物中,Cd在西北部湖区含量较高,其余重金属含量空间变化趋势不明显;Cd、Pb和Zn的有效态质量分数平均分别为95%、63%和48%,其中Cd以酸可提取态为主,Pb和Zn主要赋存于可还原态和可氧化态中;其余重金属有效态质量分数平均值小于27%.重金属全量与有效态含量结果均表明,表层沉积物中Pb和Zn为轻度污染或中度污染水平,Cd平均为中度污染水平,但在西北部湖区达到了重度污染水平.基于重金属全量与有效态含量分别估算的表层沉积物中人为源Cd、Pb和Zn的含量较为接近（P>0.05）,说明人为输入的重金属在沉积物中主要赋存于有效态中.综合沉积物质量基准、潜在生态风险指数评价结果及重金属赋存形态,表层沉积物中Cd具有较强的潜在生态风险,其余重金属表现为低生态风险.     

东莞市不同产业类型城镇周边菜地土壤重金属污染研究

文章为了分析东莞市在快速工业化和城市化情况下城镇周边菜地重金属积累现状、污染程度及其分布特点,对东莞市6个镇区46个菜地样地土壤重金属进行了调查、检测和分析。结果发现Zn、Cu、Cd和Pb检测值大都超过广东省背景值,而cd污染最重,67．4％的样地综合污染已经超过了警戒水平。研究发现菜地土壤重金属污染虽然有某种复合型,但程度较弱,检测元素大多没有关联性,结果也表明Zn、Cu、Cd和Cr的分布不受镇区位置的影响,而可能更多是受采样点微环境的影响。     

Variation of grain Cd and Zn concentrations of 110 hybrid rice cultivars grown in a low-Cd paddy soil

Enhanced Cd uptake and Zn depletion in rice grains and high potential for food Cd exposure by the high-yielding hybrid cultivars of China had been addressed. A field experiment was conducted in 2006 to determine the di erence in grain Cd and Zn between cultivars. Total 110 cultivars including super rice and common hybrid rice cultivars were grown on a single paddy soil (Entic Haplaquept) with a neutral reaction and low total Cd content. Grain Cd and Zn concentrations were determined with graphite atomic adsorption spectrophotometer (GFAAS) and flame atomic adsorption spectrophotometer (AAS) respectively.Wide variation of Cd content in grain was found in a range of 0.004–0.057 mg/kg, while the Zn content in a range of 10.25–30.06 mg/kg among the cultivars. Higher Cd but lower Zn concentration in grains of super rice cultivars was observed compared to the common hybrid ones. A highly significant positive linear correlation of grain Cd/Zn with grain Cd was found for super rice and common hybrid cultivars, meanwhile much higher slope for these hybrid cultivars than the reported non-hybrid cultivars was also observed. Using the limit value of the Chinese chemical guidelines for foods (MOHC and SSC, 2005), calculated potential risk of food Cd exposure with “Zn hungry” through diet intake was prominent with all the studied 110 hybrid rice cultivars, possessing high potential health problems for rice production in South China using the super rice cultivars. Breeding of genotypes of rice cultivars with low grain Cd and low Cd/Zn ratio is needed for rice production in acidic red soils where Cd bioavailability is prevalently high.