化学淋洗和钝化技术联合修复重金属污染土壤

发布时间：2020-07-19 01:00

【摘要】：随着社会的发展和经济的快速增长,我国工业化进程不断提高,但随之产生的环境问题也日益成为人们关注的焦点,农田土壤重金属污染现象层出不穷。土壤重金属污染对土壤的危害极大,不仅可以改变土壤的理化性质、减少土壤中微生物的种类和数量、破坏土壤的生态平衡、降低土壤质量,还可以在植物中富集,并通过食物链转至人体中,进而危害人体健康。目前,关于农田土壤重金属污染修复的研究主要集中在单一修复技术上,如化学淋洗或者钝化修复,对于多种技术联合修复的研究较少。本研究在分析、研究和总结当前修复重金属污染农田土壤技术的基础上,结合化学淋洗技术和钝化稳定技术各自的优缺点,提出用化学淋洗和钝化稳定技术结合的方法修复重金属污染农田土壤。本研究采用对土壤环境破坏相对较小的FeCl_3作为淋洗剂,通过测定淋洗浓度和液固比对淋洗效率的影响,确定了本次室内模拟条件下FeCl_3的最佳淋洗效率。考虑到残留FeCl_3的危害,将淋洗后土壤结合不同钝化稳定剂(包括石灰、生物炭和炭黑)用以修复多种重金属离子污染农田土壤。基于如上考虑,本论文共设计了三个相关的实验,分别分析讨论了FeCl_3淋洗对农田土壤中的重金属离子的去除效用和对土壤环境的影响,FeCl_3淋洗结合多种钝化修复材料对土壤质量的改善情况以及对重金属离子活性的影响,本研究得出的结论如下:(1)FeCl_3淋洗能有效去除农田土壤中的重金属离子。对土壤中Cd、Pb、Cu和Zn的淋洗结果显示,FeCl_3对Cd的去除率最好(62.9%)、对Pb的去除次之(52.1%)、对Cu的去除最差(16.7%)。FeCl_3淋洗虽然可以去除大部分弱酸提取态、可还原态的重金属(Cd、Pb、Cu和Zn),但是对可氧化态和残渣态重金属的去除能力有限,这制约了FeCl_3整体淋洗效果。FeCl_3淋洗后土壤的基本理化性质变化较大:土壤pH下降了1.55,土壤CEC降低了26.4%,土壤可溶性有机物增长了88.9%。因此,FeCl_3淋洗会对土壤生态系统产生一定程度的破坏,并有促进土壤有机物流失和土壤侵蚀,降低土壤质量和肥力的风险。(2)FeCl_3淋洗联合石灰钝化可以改善土壤质量,修复FeCl_3淋洗对土壤质量的影响。联合石灰钝化修复后土壤pH由3.69上升至7.52,土壤阳离子交换量(CEC)从15.83 cmol/kg增加到27.66 cmol/kg,增加了75%。同时,联合钝化后土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性与单独淋洗土壤相比有了大幅的上升,分别增加了52%,64%和45%。相关性分析表明升高土壤pH和添加营养物质可以有效缓解FeCl_3淋洗对土壤质量的影响。FeCl_3淋洗联合生物炭或炭黑的效果比石灰的效果稍差,但是也可以在一定程度上增加土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的活性。(3)FeCl_3淋洗结合石灰钝化联合修复可降低土壤中重金属离子的活性。弱酸提取态的Cd、Pb、Zn和Cu百分含量有所减少,分别降低36.5%,70.91%,53.3%和73.6%;可还原态的重金属、可氧化态和残渣态重金百分含量有相应的增加,但不同重金属的增量的分布不同。FeCl_3淋洗联合生物炭钝化修复会受土壤酸度的影响,土壤中Cd、Pb和Zn的活性有增强的趋势,但是淋洗联合生物炭钝化修复可以降低土壤中的Cu的活性。FeCl_3淋洗联合炭黑钝化修复会活化土壤重金属离子(Cd、Pb、Zn和Cu)。综上所述,土壤淋洗联合石灰钝化技术可以有效减轻重金属离子对土壤的危害。同时,与单独淋洗土壤相比,土壤淋洗和钝化技术相结合有利于改善土壤微生物的生存环境,增强土壤酶活性。因此,土壤化学淋洗和钝化技术适用于修复多种重金属污染的农田土壤。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53
【图文】：

土壤重金属形态,步骤

图 1.1 土壤重金属形态 Tessier 和 BCR 连续提取法步骤alysis steps of Tessier and BCR methods for determining heavy distribution in soil金属污染对土壤生态系统的的危害极大，公众对重金，有关其修复技术的研究也备受注目。目前，重金属：一种是通过添加钝化稳定剂以降低土壤中生物有效接去除土壤中的重金属[33]。涉及两种修复原理的方法钝化技术、生物修复技术以及电化学技术。电化学技修复成本也高，在具体实践中的应用有限。生物修复淋洗修复、电化学修复和钝化修复是一种绿色环保的属速度缓慢，一般植物修复重金属污染土壤的修复周期般用于矿山重金属污染修复。因此，本文仅就化学淋研究和讨论。

路线图,研究技术,路线图

硕士学位论文（1）设定多组淋洗剂（FeCl3）浓度和淋洗剂-土壤的液固比例，探讨本实Cl3的最佳淋洗条件，并分析在此条件下淋洗去除土壤重金属的反应机制和淋土壤质量的变化情况。（2）采用比较研究法，对比 FeCl3淋洗分别联合石灰、生物炭和黑炭钝化后，土壤基本理化参数和土壤酶活性的变化情况，探索 FeCl3淋洗联合不同材料修复土壤的效应。（3）分析 FeCl3淋洗分别联合石灰、生物炭和黑炭钝化修复后，对土壤重离子的钝化效果，并利用 Pearson 相关性分析讨论 FeCl3淋洗联合不同钝化材定土壤重金属的影响因素。.4.3 技术路线

采样点位,株洲市

2.1 研究区概况本实验所用土壤采自湖南省株洲市郊区的水稻田（28°09′35″N, E1113°40 ,112°52′37.05″E），如图2.1。株洲市位于长江中下游，气候湿润。该地处于亚热带，夏季多为正南风，冬季受来自西伯利亚的寒风影响，吹西北风，季风特征明显。夏季普遍高温，最高平均气温为29.68°C；冬季较温暖，最低平均气温为5.26°C。年均降雨量为 1471 mm，春夏季降雨相对较多，降雨pH在4.0-4.5之间。株洲市是新中国成立后首批建设的八个工业城市之一，是中国老工业基地。实验采样土壤是典型的红壤，由第四世纪红黏土壤和近代冲击平原沉积物发育而来[70]。采样点周边有一大型冶金厂（以铅和锌为主）

【参考文献】