铜陵凤丹种植地重金属污染及其化学修复研究

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矿山开采及矿石冶炼所带来的环境污染与生态破坏是近年来突出的环境问题,越来越受到人们的关注。铜陵是我国著名的铜文化发祥地,有着3000多年的采矿历史,采矿过程中产生的尾矿、矿渣和酸性废水等已经成为矿区及其周边地区土壤重金属污染的重要来源。铜陵凤凰山一带是著名的药用植物“凤丹”的主要产地,由于凤丹多种植在矿区大田和复垦尾矿库,存在着重金属污染的可能性。不仅影响了凤丹的品质和市场效益,还会给人体健康造成危害。 本文以铜陵凤丹种植地土壤及凤丹为研究对象,对土壤理化性质、重金属全量及各形态分布、生物有效性、凤丹丹皮重金属含量进行了分析,并就土壤重金属各形态与丹皮重金属含量进行了相关性分析。分别利用地积累指数法和Hakanson潜在生态危害指数法对土壤重金属的污染程度与潜在生态危害程度进行了评价。最后以示范园土壤为供试土壤,利用化学修复法对其进行了修复研究。以期全面了解铜陵凤丹种植地重金属污染状况,并提出相应的解决办法,为该地区的污染防治与修复提供理论参考。主要研究结果如下: 1.铜陵凤丹种植地土壤理化性质差异较大,尾矿区土壤理化性质较差,土壤重金属特别是Cu、Cd、Zn超标现象严重。非尾矿区凤丹种植地部分土壤Cu、Cd、Zn含量超过了土壤环境质量二级标准,尾矿区凤丹种植地土壤Cu、Zn含量全部超过三级标准,Cd含量均超过二级标准。非尾矿区部分样点丹皮Cd超标。 2.根据欧共体标准物质局提出的三步连续提取法(BCR)将土壤重金属分为四个形态:酸可提取态、铁锰氧化物结合态、有机结合态、残渣态。选择了丹皮Cu、Cd、Zn含量较高的7个点,对土壤Cu、Cd、Zn的形态及生物有效性进行了分析。结果表明凤丹种植地土壤Cu、Cd、Zn以残渣态为主。Cu、Zn的生物有效性低,Cd的生物有效性较高,具有一定的潜在生态危害。对土壤Cu、Cd、Zn的全量及各形态与丹皮Cu、Cd、Zn含量的相关性分析表明,土壤理化性质、重金属的种类、形态等的差异都会导致相关性大小的差异。酸可提取态是最易被凤丹吸收利用的形态,其与丹皮重金属的相关性比全量与丹皮重金属的相关性要好,即用酸可提取来描述土壤重金属的生物有效性比全量更可靠。 3.分别利用地积累指数法和Hakanson潜在生态危害指数法对凤丹种植地土壤重金属的污染程度及潜在生态危害进行了评价。地积累指数法分析表明,凤丹种植地土壤受到了不同程度的污染,其中Cd污染最为严重,12个凤丹种植地有11个达到中等污染程度以上,7个达到中-强以上污染程度。各重金属元素污染程度为Cd>Cu>Pb>Zn。Hakanson潜在生态危害指数法分析表明凤丹种植地土壤重金属潜在生态危害大小顺序为:Cd>Cu>Pb>Zn。Cd污染极其严重,所有样点都达到了强生态危害程度以上,急需加以治理。Zn和Pb的潜在生态风险参数都小于临界值40,不会对土壤产生生态危害。 4.以EDTA为萃取剂,示范园土壤为供试土壤,研究了EDTA萃取对污染土壤重金属形态变化的影响。结果表明,经过EDTA萃取后,土壤重金属各形态比萃取前均有了不同程度的降低,Cu各形态减少的顺序为有机结合态>铁锰氧化物结合态>酸可提取态;Cd各形态减少顺序为酸可提取态>铁锰氧化物结合态>有机结合态。Zn各形态减少顺序为酸可提取态>铁锰氧化物结合态>有机结合态。EDTA能有效降低示范园土壤Cd等重金属的含量及其生物有效性,利用EDTA修复重金属污染土壤具有一定的理论可行性。 5.以磷酸二氢钾和碳酸钙为改良剂,研究了改良剂的添加对重金属污染土壤的修复情况,并以TCLP浸出试验及形态分级试验作为评价修复效果的指标。结果表明,改良剂能不同程度地降低重金属的TCLP浓度,即通过固定重金属达到降低其渗透性的目的。不同重金属及其不同形态受改良剂的影响不同,但总体上改良剂均能促使土壤重金属由有效态向缓效态和残渣态转化,从而降低其生物有效性。原位化学固定技术是一种有效易行的修复手段,合理利用该法修复示范园土壤具有一定的可行性。
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