生物炭修复南山矿土壤中重金属的效果研究

发布时间：2018-11-16 07:09

【摘要】：开展矿区土壤重金属修复,了解土壤重金属的污染特征,并对其污染风险进行评价,研究生物炭在不同条件下对土壤重金属修复效果的研究,对认识重金属污染土壤特征及其防治具有重要的意义。本研究以安徽省马鞍山南山矿土壤为研究对象,利用土壤采样和室内化验分析相结合的方法获得研究区域土壤的理化性质与土壤重金属污染现状。运用潜在生态风险评价法、地积累指数法以及风险评估编码法对土壤重金属污染情况进行评价,得到研究区土壤重金属污染风险等级。通过制备生物炭并测定其理化性质,检验生物炭是否具备修复土壤重金属的能力。在此基础上,选择污染处理程度、生物炭投加量以及修复时间3个水平进行盆栽试验,分析土壤中重金属Cu或Cd酸可提取态和游离态含量随修复时间、不同生物炭投加量以及不同污染程度的变化趋势,深入研究施加生物炭后对土壤重金属的修复效果,为矿区土壤重金属的修复研究提供参考。主要研究内容和结果如下:(1)通过室内化验和常规统计分析,得出研究区土壤现状:南山矿土壤pH值在2.62-6.86之间,呈酸性;阳离子交换量在1.98-4.24cmol/kg(+)之间,含量较低、土壤肥力差;脲酶活性在7.00-12.71ugNH3-N/g之间、过氧化氢酶活性在32.27-43.56ml之间,酶活性较低,土壤肥力较差。(2)选择As、Cd、Cr、Cu、Ni以及Zn 6种代表性重金属元素进行研究区土壤重金属污染评价。从土壤重金属总量来看,与国家土壤二级标准或者马鞍山当地环境背景值相比,As、Cd、Cu以及Zn 4种金属超标,其中Cu和Cd元素超标最为严重。从重金属化学形态来看,Cd元素的毒性相对较大。运用潜在生态风险指数法和地积累指数法评价重金属总量污染程度,结果表明除Cu和Cd的污染级别为中等污染外,其余重金属污染均属于低度污染级别。运用风险评估编码法评价重金属形态生态风险,结果表明Cu和Cd的生态风险为轻度-中等污染级别,其余元素均为轻度污染等级。综合评价南山矿区土壤重金属污染呈轻度污染级别,Cu和Cd元素超标且污染情况最为严重。(3)将制备好的生物炭进行理化性质的测定,检验生物炭是否具备修复土壤重金属的能力。检验表明生物炭pH为8.76,呈碱性,等电点高,表面疏松多孔且存在羟基、羧基和内酯基等碱性官能团,适合作为土壤重金属修复材料。(4)采用污染处理的方法,获得轻、中、重及严重污染程度的Cu或Cd重金属污染土样,利用生物炭对不同污染程度的Cu或Cd重金属污染土样进行修复,探讨生物炭的不同投加量及反应时间,对不同污染程度的Cu或Cd重金属污染土样的修复效果。结果表明施加生物炭后可以在一定程度上降低污染土壤中重金属Cu或Cd的含量,并且生物炭投加量为1.0%修复土壤重金属的效果明显优于0.5%的投加量修复重金属的效果。施加生物炭后,随着修复时间的增加,不同形态的Cu或Cd含量有所改变。从含量的下降速率来看,Cd的平均降低速率为56.24%,而Cu的平均降低速率为12.52%,生物炭修复Cd的效果明显强于Cu。施加生物炭后,随着修复时间的增加,土壤pH有所上升,脲酶和过氧化氢酶活性有所降低。通过修复Cu和Cd前后的生物炭红外光谱图上特征峰的偏移情况,表明施加生物炭后是离子交换和络合反应共同作用来修复土壤中Cu或Cd的污染,该结论以期为生物炭修复重金属在原理上提供理论根据。
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【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X53;X751

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