钝化剂对重金属污染土壤修复效果以及柠檬酸对钝化产物稳定性的研究

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化学钝化修复技术已广泛应用于重金属污染土壤的治理中,其对于农田土壤重金属污染的修复中需要关注以下方面,一方面,钝化剂的选择十分关键,所选择的钝化剂既要保证土壤的质量,又能使土壤中的重金属控制在风险范围内;另一方面,农田土壤中种植的作物根际会分泌小分子有机酸(LMWOAs),对土壤中重金属的溶解释放和解吸过程起着重要的作用,从而对重金属钝化产物的稳定性产生一定的影响。因此需要筛选合适的钝化剂施用于重金属污染的农田土壤中,分析其对土壤理化性质和重金属钝化效果,并评估根际环境下重金属溶解释放的风险,以期为重金属污染农田提供适合的钝化剂,并评估环境条件变化时重金属钝化修复的稳定性。本文从钝化修复效果、机理以及土壤质量的控制方面选用生物炭、海泡石和磷酸二氢钾作为钝化剂添加到重金属污染的土壤中进行土培实验,并采用土壤中重金属的有效态含量、毒性浸出浓度以及BCR法测定形态的变化综合分析三种钝化剂对Cd、Pb和Zn污染的土壤的修复效果;并通过添加不同浓度的柠檬酸模拟根际环境条件的变化,分析重金属钝化产物的稳定性,采用DTPA/TEA法提取土壤中重金属分析柠檬酸对重金属的生物有效性的影响,TCLP法提取土壤中重金属的浓度分析评估土壤中重金属发生溶解释放后是否在安全水平之下,评估其对生态环境的风险,并分析土壤中重金属形态的变化进一步判断重金属溶解释放的风险。在钝化剂对重金属的修复效果的研究中,研究结果表明,土壤的p H值、CEC值以及SOM含量随生物炭的添加比例的增加呈现上升趋势,而添加海泡石的土壤中SOM含量无明显变化,土壤中有效态重金属含量随着生物炭和海泡石的投加比例的升高呈现下降趋势,当生物炭和海泡石的投加比例高于5%时,通过TCLP法提取的Cd和Zn的浓度低于其国际标准,处于安全水平以下。但TCLPPb浓度高于其国际标准,仍存在较大的环境风险,这可能与Pb在土壤中交换态所占百分比较低有关;并且通过形态分析发现重金属向更稳定的形态转化。这些均表明生物炭和海泡石降低了土壤中重金属的生物有效性和移动性,其对重金属的修复是有效可行的。从不同的钝化修复时间研究发现,由于Cd在土壤中的迁移性较强,海泡石和生物炭会优先选着吸附Cd,随着钝化时间的增加,Zn和Pb会与Cd竞争吸附土壤胶体上的吸附位点,从而使部分Cd发生解吸。添加磷酸二氢钾降低了土壤中的p H值,因此在钝化初期部分Cd和Zn会溶解释放出来,随着钝化时间的增加溶出的Cd和Zn与磷酸盐反应生成沉淀从而降低Cd和Zn的生物有效性,土壤中Pb随钝化时间的增加而呈现下降的趋势,四种添加比例中,磷酸二氢钾的添加比例为1%时对Pb的钝化效果最好,并且根据TCLP法评价Pb时发现三种钝化剂中,仅有磷酸二氢钾使土壤中Pb的环境风险降到安全水平以下,可见磷酸二氢钾适用于Pb污染的土壤中。添加柠檬酸后对土壤中重金属钝化产物稳定性的研究发现,当海泡石和生物炭的添加比例一定时,与不添加柠檬酸相比,2mmol/Kg的柠檬酸降低了土壤中Cd的生物有效性,却提高了Zn和Pb的移动性,10、20mmol/Kg的柠檬酸会增强土壤中重金属的解吸和溶解释放作用,从而增强重金属的生物有效性和迁移性。当柠檬酸的浓度一定时,重金属的生物有效性和迁移性随着钝化剂的添加比例呈现下降的趋势,表明添加钝化剂能一定程度抑制土壤中重金属的解吸和溶解释放,降低重金属的生态环境风险。当海泡石和生物炭的添加比例大于5%时,采用TCLP法分析其对生态环境的风险发现,土壤中TCLP-Cd和TCLP-Zn浓度仍在安全水平以下。通过BCR形态分析发现,柠檬酸会将重金属与铁锰氧化物和有机物结合的那部分重金属溶解释放出来,增加重金属可交换态的含量,从而增强重金属的毒害效应。综上,经过本文分析发现,生物炭和海泡石对Cd、Pb和Zn复合污染土壤的修复效果较好,但随着环境条件的变化,钝化的重金属的溶解释放会增强其对生态环境的风险,但钝化剂的添加比例高时,会一定程度抑制重金属的在土壤中的溶解释放,降低其的环境风险。磷酸二氢钾对Pb的钝化修复效果较理想,且钝化产物较稳定。
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