生物炭对Cd单一和Cd-Pb复合污染淡灰钙土性质及镉稳定化影响研究

发布时间：2017-08-18 02:18

  本文关键词：生物炭对Cd单一和Cd-Pb复合污染淡灰钙土性质及镉稳定化影响研究

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【摘要】：生物炭作为土壤改良剂,不但能够固定土壤中的重金属,降低重金属的生物利用率,还可以作为一种改善贫瘠或退化土地的有效手段。研究生物炭对Cd单一和Cd-Pb复合污染淡灰钙土中外源Cd的固定化作用,对Cd污染淡灰钙土的修复具有实际指导意义。本文在研究生物炭对淡灰钙土中外源Cd的吸附固定基础上,采用元素分析、红外、扫描电镜等手段对油菜秸秆生物炭(BS600)、鸡粪生物炭(CM600)、胡麻秸秆生物炭(LS600)进行表征,分析不同原材料对生物炭表面性质与结构的影响;初步探究生物炭对淡灰钙土中重金属镉的固定化作用,本研究将BS600、CM600和LS600以不同质量(0%、1%、3%、5%和10%)添加至Cd单一和Cd-Pb复合污染的耕地淡灰钙土中进行培养,观测了180 d内两种污染淡灰钙土中有效态Cd含量随时间的变化及培养完成后Cd的各级形态变化,探究了添加生物炭的污染淡灰钙土性质对Cd固定化过程的影响;并对修复后淡灰钙土的含水量和速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)进行评价分析,选取最优生物炭及最优添加量,为重金属污染淡灰钙土的治理提供理论基础。研究取得以下成果:(1)生物炭的结构特征与所用原材料有关,原材料不同,制备的生物炭性质也不同。本研究制备的生物炭均呈碱性,pH值大小:LS600BS600CM600;灰分含量大小:CM600BS600LS600;BS600、CM600和LS600中C元素含量最高,H、N、O和S的含量相对较低,其中CM600的营养物质含量最低,但芳香性较高,亲水性较强;BS600、CM600和LS600的BET比表面积大小顺序:CM600BS600LS600;红外光谱分析结果表明,BS600、CM600和LS600表面均含有羧基、羟基和内酯基等官能团;扫描电镜图表明,BS600、CM600和LS600表面含有大量的微孔。(2)研究生物炭对污染淡灰钙土中外源Cd的稳定化过程,结果表明,短期内添加生物炭的所有处理组,有效态Cd含量随时间延长均呈现出不稳定的变化趋势,甚至出现有效态Cd含量超出对照组CK-Cd(0%)和CK-Cd+Pb(0%)的现象,随着培养时间的延长,所有处理组中有效态Cd含量变化趋势均减缓直至稳定。生物炭不同,生物炭添加量不同,淡灰钙土的污染状况不同,Cd的各级形态含量变化也不同。同一污染淡灰钙土的处理组中,随着生物炭添加量增加,有效态Cd含量减少,残渣态Cd含量增加。Cd单一和Cd-Pb复合污染淡灰钙土中,三种生物炭BS600、CM600和LS600的添加量为10%时,固定化效果最好,Cd单一污染淡灰钙土处理组中的固定量分别占初始Cd含量的56.63%、66.65%和59.8%,Cd-Pb复合污染淡灰钙土处理组中的固定量分别占初始Cd含量的54%、63.35%和54.2%。(3)生物炭对两种污染淡灰钙土TOC、pH值、EC值和CEC都有一定程度的影响。两种污染淡灰钙土中,三种生物炭施入都可以提高淡灰钙土TOC,不同生物炭的作用效果不同,提高效果大小顺序为:LS600处理组BS600处理组CM600处理组;添加三种生物炭对淡灰钙土pH值产生不同影响,Cd单一污染淡灰钙土中,不同生物炭、不同添加量对淡灰钙土pH值都有一定增加效果,Cd-Pb复合污染淡灰钙土中,CM600添加量为1%和3%时,对污染淡灰钙土pH值的影响没有差异;添加三种生物炭提高了淡灰钙土的EC值,不同生物炭、不同添加量对淡灰钙土EC值的增加效果不同,两种污染淡灰钙土中BS600处理组中EC值的增加幅度最大;三种生物炭对两种污染淡灰钙土CEC的影响效果不同,部分处理组的CEC甚至降低。相关性分析表明,BS-Cd和CM-Cd处理组中,pH值对残渣态Cd起主要促进作用;BS-Cd+Pb、CM-Cd+Pb、LS-Cd和LS-Cd+Pb处理组中,TOC对残渣态Cd含量影响最大。添加生物炭的两种污染淡灰钙土中,残渣态Cd含量与TOC、pH和EC均呈极显著的正相关关系(P0.01)。这表明添加生物炭的两种污染淡灰钙土TOC值、pH值和EC值是影响重金属Cd稳定化过程的重要参数,pH值升高、TOC和EC值增大,促使残渣态Cd含量升高,使得淡灰钙土中Cd的迁移性和潜在的生物毒性降低。此外,除了BS-Cd和LS-Cd+Pb处理组,其他污染淡灰钙土CEC与残渣态Cd含量均无相关性。(4)生物炭对两种污染淡灰钙土含水量和速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)含量产生一定影响。研究结果表明,添加LS600和BS600增加了两种污染淡灰钙土风干土壤的含水率,且随着生物炭添加量的增加,风干土壤含水率也逐渐增加,CM600对污染淡灰钙土的含水率影响效果不稳定。添加不同生物炭对两种污染淡灰钙土碱解氮含量的影响差异较大,生物炭不同、添加量不同,污染淡灰钙土中碱解氮含量也不同。添加CM600和BS600能够增加淡灰钙土速效磷含量,随着生物炭添加量的增加,淡灰钙土速效磷含量也逐渐增加,CM600对污染淡灰钙土速效磷的影响效果显著;LS600对污染淡灰钙土速效磷的增加效果不明显也不稳定。添加生物炭可以提高污染淡灰钙土的速效钾含量,Cd单一污染淡灰钙土中,速效钾含量随着生物炭添加量的增加而增加,增加效果大小顺序为:BS600处理组CM600处理组LS600处理组;Cd-Pb复合污染淡灰钙土中,添加LS600对污染淡灰钙土速效钾的增加效果不稳定。
【关键词】：生物炭 单一污染 复合污染 Cd 淡灰钙土 稳定化 性质
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 土壤重金属镉污染12-16
• 1.1.1 淡灰钙土重金属镉污染现状12-13
• 1.1.2 土壤重金属镉污染的危害13-14
• 1.1.3 土壤中重金属镉的赋存形态及影响因素14-15
• 1.1.4 重金属镉污染土壤修复技术15-16
• 1.1.5 土壤重金属镉污染修复研究存在的问题16
• 1.2 生物炭及其应用研究进展16-20
• 1.2.1 生物炭及其结构和性质16-17
• 1.2.2 生物炭的环境效应17-19
• 1.2.3 生物炭修复重金属污染土壤的研究进展19
• 1.2.4 生物炭应用研究中存在的问题19-20
• 1.3 研究目的与意义20-21
• 1.3.1 目的20
• 1.3.2 意义20-21
• 1.4 研究技术路线21-22
• 2 生物炭的制备及表征22-30
• 2.1 实验部分22-24
• 2.1.1 材料22
• 2.1.2 仪器22
• 2.1.3 生物炭的制备22-23
• 2.1.4 生物炭结构表征方法23-24
• 2.2 结果与讨论24-29
• 2.2.1 产率及灰分含量24-25
• 2.2.2 pH值及元素组成分析25
• 2.2.3 比表面积及孔隙分布分析25-26
• 2.2.4 红外光谱分析26-27
• 2.2.5 微观形貌分析27-29
• 2.3 小结29-30
• 3 生物炭对污染淡灰钙土中Cd的稳定化作用30-39
• 3.1 实验部分30-33
• 3.1.1 材料和仪器30-31
• 3.1.2 实验方法31-33
• 3.2 结果与讨论33-37
• 3.2.1 有效态Cd含量随时间的变化33-35
• 3.2.2 Cd形态分级变化35-37
• 3.3 小结37-39
• 4 污染淡灰钙土性质对Cd稳定化过程的影响39-47
• 4.1 实验部分39-40
• 4.1.1 材料与仪器39-40
• 4.1.2 测定项目与方法40
• 4.2 结果与讨论40-45
• 4.2.1 生物炭对污染淡灰钙土总有机碳含量的影响40-41
• 4.2.2 生物炭对污染淡灰钙土pH值的影响41-42
• 4.2.3 生物炭对污染淡灰钙土电导率的影响42-43
• 4.2.4 生物炭对污染淡灰钙土阳离子交换量的影响43-44
• 4.2.5 污染淡灰钙土理化性质与残渣态Cd含量的相关性分析44-45
• 4.3 小结45-47
• 5 生物炭对污染淡灰钙土含水量及速效养分含量的影响47-56
• 5.1 实验部分47-49
• 5.1.1 材料与仪器47-48
• 5.1.3 测定项目与方法48-49
• 5.2 结果与讨论49-54
• 5.2.1 生物炭对污染淡灰钙土含水量的影响49-50
• 5.2.2 生物炭对污染淡灰钙土碱解氮含量的影响50-52
• 5.2.3 生物炭对污染淡灰钙土速效磷含量的影响52-53
• 5.2.4 生物炭对污染淡灰钙土速效钾含量的影响53-54
• 5.3 小结54-56
• 结论56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-66
• 攻读学位期间的研究成果66

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1 李烨炜;生物炭对Cd单一和Cd-Pb复合污染淡灰钙土性质及镉稳定化影响研究[D];兰州交通大学;2016年

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