【摘 要】
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目前,通过向重金属污染土壤中添加修复材料进行土壤重金属污染治理,已经成为一项越来越被广泛应用的技术手段。在土壤重金属污染修复无机材料中,硅酸盐黏土矿具有成本低廉、环境友好、效果明显等特点,大量应用在重金属污染土壤的原位钝化修复研究和工程实践应用中,而凹凸棒石黏土就是一种典型的混维硅酸盐矿物材料。本研究利用腐植酸与凹凸棒石进行复配,质量比依次为1:3、1:4、1:5、1:6、1:7,将复配好的钝化材
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目前,通过向重金属污染土壤中添加修复材料进行土壤重金属污染治理,已经成为一项越来越被广泛应用的技术手段。在土壤重金属污染修复无机材料中,硅酸盐黏土矿具有成本低廉、环境友好、效果明显等特点,大量应用在重金属污染土壤的原位钝化修复研究和工程实践应用中,而凹凸棒石黏土就是一种典型的混维硅酸盐矿物材料。本研究利用腐植酸与凹凸棒石进行复配,质量比依次为1:3、1:4、1:5、1:6、1:7,将复配好的钝化材料进行表征测定,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶红外光谱仪等分析测试手段表征钝化材料的微观形貌、官能团特征和晶相组成。按质量分数为4%的投加量,将钝化材料施用到人工模拟Cd污染土壤和矿区污染土壤中,进行钝化实验。在钝化30天后测定土壤的理化性质、生物有效态含量及化学形态含量。土壤钝化后,采用玉米作为供试植物进行盆栽实验,测定玉米幼苗的生物量、地上和地下部重金属含量。结果表明:(1)添加不同配比钝化材料对人工模拟Cd污染土壤和矿区污染土壤中的理化性质均产生了显著的影响,在人工模拟Cd污染土壤中,随着凹凸棒石在钝化材料中的比例增加,p H值逐渐增大,阳离子交换量逐渐降低,当腐植酸与凹凸棒石复配比例为1:5时,土壤电导率最高,与对照相比,增高了11.70%。在矿区污染土壤中,土壤的p H值较对照降低了8.00%,土壤电导率较对照提高了13.00%,土壤阳离子交换量较对照无明显变化趋势。(2)腐植酸复配凹凸棒石钝化材料可以不同程度的降低人工模拟Cd污染土壤和矿区污染土壤中重金属的生物有效态。在人工模拟Cd污染土壤中,当腐植酸与凹凸棒石配比为1:5时,土壤中CaCl2-Cd萃取态、DTPA-Cd萃取态、TCLP-Cd萃取态含量均达到了最低,分别为1.57mg/kg、5.54mg/kg和3.42mg/kg,与对照相比,分别降低了34.03%、26.62%和43.66%。在矿区污染土壤中,腐植酸与凹凸棒石配比为1:5时,Pb和Ni的钝化效果最好,其中DTPA萃取态Pb含量较对照降幅最大为38.23%,TCLP萃取态Ni含量较对照降幅最大为72.23%。(3)腐植酸复配凹凸棒石钝化材料显著促进了人工模拟Cd污染土壤和矿区污染土壤的重金属由酸溶态向残渣态转变,在人工模拟Cd污染土壤中,当腐植酸与凹凸棒石投加比例为1:5时,重金属的酸溶态降低最多,相比于对照降低了34.10%,重金属的还原态和残渣态升高最多,相比于对照分别升高了21.09%和63.13%。在矿区污染土壤中,当腐植酸与凹凸棒石投加比例为1:5时,Pb和Ni的形态转化最明显。其中,重金属Ni的转化率最高,土壤酸溶态Ni较对照降低了56.21%,土壤残渣态Ni较对照提高了89.32%。改性材料对Pb的钝化能力较弱,与对照相比,酸溶态Pb降低了12.36%,土壤残渣态Pb提高了14.72%。(4)腐植酸复配凹凸棒石钝化材料可以显著提高植物的生物量,提高植物各项生长指标,并且能够减少重金属在植物中的富集量、富集系数以及转运系数。与对照相比,植物地上部分长度、地下部分长度、地上部分鲜重、地下部分鲜重、地上部分干重和地下部分干重显著上升,土壤中重金属的BCF地上、BCF地下和转运系数显著降低。(5)不同配比的腐植酸复配凹凸棒石材料均能够提高人工模拟Cd污染土壤和矿区污染土壤中重金属的钝化效果,有效降低土壤环境风险,其中腐植酸与凹凸棒石配比为1:5时的变化最大,钝化效果最好,环境风险最小。本研究采用的腐植酸复配凹凸棒石钝化材料具有良好的钝化效果,以期对钝化剂修复重金属污染的土壤提供参考,为土壤修复提出高效、廉价的新方法。
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