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本研究主要采用高温活化的方法对海底沉积物以及牡蛎壳粉进行,并将活化后的材料进行重金属吸附实验,依据其吸附效果确定海底沉积物和牡蛎壳粉相关处理工艺;采用XRD、FTIR等技术探究海底沉积物和高温活化前后牡蛎壳粉微观机构特性、矿物组成以及官能团等一系列变化,从而进一步说明海底沉积物以及牡蛎壳粉对铅和镉的吸附作用机理;采用盆栽试验探究含海底沉积物和牡蛎壳土壤调理剂对小白菜中微量元素以及重金属含量和土壤pH、交换性钙、有效态的铅和镉的含量影响,具体试验结论如下:
1)海底沉积物和牡蛎壳粉的烧失率随煅烧温度的升高和煅烧时间的加长呈现逐渐递增的趋势,但其烧失率波动较小;牡蛎壳粉在煅烧温度为800℃条件下开始分解,牡蛎壳粉烧失率变化较大,且随粒径的减小,牡蛎壳粉的烧失率呈现逐渐递增的趋势。
2)高温处理后的海底沉积物对铅和镉的吸附效果较差,其吸附量低于未处理的海底沉积物;高温处理后的牡蛎壳粉对铅的吸附效果随着煅烧温度的升高和煅烧时间的加长呈现逐渐递减的趋势,对镉的吸附效果随着煅烧温度的升高和煅烧时间的加长呈现逐渐递增的趋势,且随着牡蛎壳粉粒径的减小,高温处理后的牡蛎壳粉对铅和镉吸附能力呈现逐渐递增的趋势;牡蛎壳煅烧的最佳工艺系数为煅烧温度为800℃,煅烧时间为45min。
3)海底沉积物为中性材料,pH为7.27,主要由SiO2、Fe2O3、CaAl2Si4O8·4H2O组成,Fe2O3被SiO2和CaAl2Si4O8·4H2O包裹内部,且结构紧密,微孔较少,因此,海底沉积物对铅和镉的吸附能力较差。牡蛎壳主要由CaCO3构成且含有结晶水,具有一定量的微孔;在煅烧温度为800℃,煅烧时间为45min处理条件下的牡蛎壳主要由CaO和部分未分解的CaCO3组成,结构疏松多孔,且微孔大于未煅烧的牡蛎壳粉。因此,煅烧后的牡蛎壳对铅的吸附能力较弱,对镉的吸附能力较强。
4)随着海底沉积物施用量增加,土壤pH呈现下降的趋势,土壤中有效态铅含量降低,有效态镉的含量无显著变化,且小白菜的铅含量降低,镉的含量未产生变化,因此,海底沉积物修复效果较差,不适合用作土壤调理剂。随着煅烧后的牡蛎壳粉施用量增加,土壤pH和交换性钙的含量显著提高,土壤中有效态铅和镉的含量降低,小白菜钙的含量升高,其他含量减低,且镉的含量达到国家标准限值以下。煅烧后牡蛎壳粉最佳施用量为7.5t/hm2。
1)海底沉积物和牡蛎壳粉的烧失率随煅烧温度的升高和煅烧时间的加长呈现逐渐递增的趋势,但其烧失率波动较小;牡蛎壳粉在煅烧温度为800℃条件下开始分解,牡蛎壳粉烧失率变化较大,且随粒径的减小,牡蛎壳粉的烧失率呈现逐渐递增的趋势。
2)高温处理后的海底沉积物对铅和镉的吸附效果较差,其吸附量低于未处理的海底沉积物;高温处理后的牡蛎壳粉对铅的吸附效果随着煅烧温度的升高和煅烧时间的加长呈现逐渐递减的趋势,对镉的吸附效果随着煅烧温度的升高和煅烧时间的加长呈现逐渐递增的趋势,且随着牡蛎壳粉粒径的减小,高温处理后的牡蛎壳粉对铅和镉吸附能力呈现逐渐递增的趋势;牡蛎壳煅烧的最佳工艺系数为煅烧温度为800℃,煅烧时间为45min。
3)海底沉积物为中性材料,pH为7.27,主要由SiO2、Fe2O3、CaAl2Si4O8·4H2O组成,Fe2O3被SiO2和CaAl2Si4O8·4H2O包裹内部,且结构紧密,微孔较少,因此,海底沉积物对铅和镉的吸附能力较差。牡蛎壳主要由CaCO3构成且含有结晶水,具有一定量的微孔;在煅烧温度为800℃,煅烧时间为45min处理条件下的牡蛎壳主要由CaO和部分未分解的CaCO3组成,结构疏松多孔,且微孔大于未煅烧的牡蛎壳粉。因此,煅烧后的牡蛎壳对铅的吸附能力较弱,对镉的吸附能力较强。
4)随着海底沉积物施用量增加,土壤pH呈现下降的趋势,土壤中有效态铅含量降低,有效态镉的含量无显著变化,且小白菜的铅含量降低,镉的含量未产生变化,因此,海底沉积物修复效果较差,不适合用作土壤调理剂。随着煅烧后的牡蛎壳粉施用量增加,土壤pH和交换性钙的含量显著提高,土壤中有效态铅和镉的含量降低,小白菜钙的含量升高,其他含量减低,且镉的含量达到国家标准限值以下。煅烧后牡蛎壳粉最佳施用量为7.5t/hm2。