矿物-有机质复合钝化剂对铅和镉污染土壤的稳定化修复研究

发布时间：2020-08-28 05:07

【摘要】：随着重金属污染日益加剧,重金属污染水体和土壤的治理已成为备受关注的环境污染问题。本研究旨在探究钾钙硅肥(MF)和腐殖酸(HA)复合制备出的复合钝化剂(M-H)对Pb和Cd污染水体的治理以及土壤的稳定化修复作用。首先,通过静态吸附实验研究了复合钝化剂的施加量、重金属离子的初始浓度、溶液的初始pH和吸附温度对Pb和Cd的吸附效果的影响,并将单独施加钾钙硅肥和腐殖酸作为对比。结果表明:吸附温度为25°C时,铅的初始浓度为800 mg/L,p H为3.0-6.0时,投加量为3 g/L时,铅的去除率均在90%以上;当镉的初始浓度为40 mg/L时,pH为3.0-7.0,投加量为1.5 g/L时,镉的去除率在80%以上。从吸附实验数据来看,复合钝化剂对Pb去除效果优于单独添加钾钙硅肥和腐殖酸,而复合钝化剂对Cd去除效果不如单独施加钾钙硅肥,但要优于单独施加腐殖酸。对吸附数据进行拟合可以得出,复合钝化剂对Pb的吸附过程符合Freundlich模型,对Cd的吸附过程更符合Langmuir模型。从热力学分析可以看出,在25-45°C范围内,复合钝化剂对Pb和Cd的吸附属于自发反应,且反应过程均是吸热反应。温度越高,对重金属的吸附量越大。复合钝化剂的施用能提升土壤的pH值,且能显著降低土壤有效态Pb和Cd的含量。当施加量为1.5 g/kg时,土壤有效态Pb含量降低了82.75%,有效Cd含量降低了46.46%。通过线性相关分析可知,施用复合钝化剂后,土壤有效态Pb和Cd含量与土壤pH呈极显著负相关(p0.01)。复合钝化剂的添加能显著地降低土壤中重金属的可交换态含量,并转化为更稳定的形态。整体来看,施加1.5 g/kg复合钝化剂时,可交换态Pb含量降低了56.25%,残渣态Pb增加了9.20%;可交换态Cd降低21.90%,Cd的铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态含量分别增加了19.53%、11.76%和58.40%。单独施加钾钙硅肥,土壤矿物质元素含量得到补充,土壤有机质含量反而降低;单独施加腐殖酸,土壤有机质得到补充,而对土壤中矿物质元素影响不大;施加复合钝化剂不仅增加了土壤有效K、Ca、Mg和Si含量,土壤有机质含量也得到显著提升。复合钝化剂的施加显著减少了小白菜对Pb的吸收,并极大的促进了小白菜的生长,且施加量越大,小白菜吸收的Pb越少,株高和生物量增加的越多。通过相关性分析可知,小白菜中Pb含量与土壤有效态Pb含量呈显著正相关,土壤中有效态Pb含量的减少是小白菜中Pb浓度降低的最主要的原因。此外,复合钝化剂施加能提升土壤pH,增加土壤有效矿物质元素含量和有机质含量,改善小白菜生长的环境质量,为小白菜的生长提供了足够的营养,促进了小白菜的生长和生物量的累积。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53
【图文】：

红外光谱图,钝化剂,腐殖酸,红外光谱图

图 3-1 腐殖酸（a）和复合钝化剂（b）的红外光谱图Fig.3-1 The FTIR spectrums of HA(a) and M-H (b) 复合钝化剂对水体中 Pb 的吸附特性研究.1 不同条件下制备的复合钝化剂对 Pb 和 Cd 去除效果的影响不同条件下制备的复合钝化剂对 Pb 和 Cd 的去除效果如图 3-2 所示。从图 3-2（a）以看出，Pb 和 Cd 的去除率随着复合钝化剂中腐殖酸复合比例增大而减小，并在钾肥与腐殖酸配比为 1:2 时达到最低，Pb 的去除率为 84.04%，Cd 的去除率为 51.9%。复合钝化剂中钾钙硅肥复合比例增大，而 Pb 和 Cd 的去除率变化不大。从节约成本考虑，复合钝化剂中钾钙硅肥与腐殖酸的配比为 1:1。由图 3-2（b）中可以看出，钝化剂去除 Pb 和 Cd 效果不受钝化剂复合温度的影响，升高复合温度，对钝化剂去金属的影响不大。而从（c）中可以看出，复合振荡时间对 Pb 和 Cd 去除效果影响明显。故本研究所用的复合调理剂是在钾钙硅肥和腐殖酸按复合比例为 1:1 在温度

钝化剂,制备条件,去除效果,投加量

(c)图 3-2 不同制备条件的复合钝化剂对 Pb 和 Cd 去除效果的影响Fig. 3-2 Effect of different preparation conditions of M-H on the removal of Pb and C.2 钝化剂的投加量对 Pb 去除效果的影响钝化剂的投加量直接影响着重金属的去除率及去除成本，因此钝化剂的投加量过程中需要着重考虑的参数。复合钝化剂的投加量对 Pb 去除效果的影响见图选择将单独施加钾钙硅肥和腐殖酸作为对比。从图中可以看出，Pb 的去除率均种钝化材料施加量的增加而升高，其中在相同投加量下，复合钝化剂对 Pb 去好，腐殖酸对 Pb 去除效果最弱。当复合钝化剂的投加量从 1.0 g/L 增大至 3 g/L的去除率从 56.6%增大至 98.6%；钾钙硅肥的投加量从 1.0 g/L 增大至 5 g/L 时，除率从 31.6%增大至 96.7%；这主要是因为随着投加量的增多而导致活性吸附多，分配系数的增大以及有效吸附表面的增加，且在该过程中未达到饱和状态钝化剂的投加量超过 3 g/L 时，去除率变动极其平缓，这主要是投加量过高而

投加量,去除效果,钝化剂,去除率

图 3-3 投加量对 Pb 去除效果的影响Fig.3-3 Effect of amendment dosage on the removal of Pb3.2.3 初始 pH 对 Pb 去除效果的影响图 3-4 为初始 pH 对复合钝化剂去除 Pb 的影响，这里选择将单独施加钾钙硅肥和腐殖酸作为对比。当溶液 pH 值从 1.0 升至 3.0 时，复合钝化剂对 Pb 的去除率从 13.1%增大至 98.8%，pH 继续升高，Pb 的去除率基本保持不变。这可能是因为复合钝化剂表面活性吸附位点增加以及 H+对重金属离子吸附点位的竞争强度降低[117]。另一方面，随着pH 值的升高，复合钝化剂表面负电荷逐渐增多，从而导致其表面与重金属离子的静电引力增大，从而增大 Pb 的去除率[118]。当溶液 pH 从 1.0 升至 3.0 时，钾钙硅肥对 Pb 的去除率从 33.9%增加至 99.8%，pH 超过 3.0 后，去除率基本保持不变。由图中还可以看出，在溶液pH为1-3时，溶液pH对复合钝化剂去除铅的影响要大于单独施加钾钙硅肥。溶液 pH 从 1.0 增至 4.0 时，腐殖酸对 Pb 去除率从 6.1%增大至 72.3%，pH>4 时，腐殖酸对 Pb 去除率基本无变化。

【参考文献】