钛石膏改良土壤镉污染的机理及镉的生物有效性研究

发布时间：2017-03-16 21:06

  本文关键词：钛石膏改良土壤镉污染的机理及镉的生物有效性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硫酸法钛白粉是产量、需求量较大的化工产品之一,作为副产物的钛石膏产量大,且钛石膏的产生量随着钛矿石品位的不断下降而持续增加。钛石膏含水量高、杂质成分多限制了其作为水泥缓凝剂和建筑材料等方面的应用,亟需寻求和建立高效环保且处理量大的资源化处理方法。本文以钛石膏的资源化利用为目的,在对钛石膏基本性能全面分析的基础上,结合钛石膏处置量大的特点,提出将钛石膏作为土壤镉污染改良剂,考察了钛石膏对镉的吸附固定性能和土壤中镉赋存形态的影响因素,通过实验研究了钛石膏改良土壤机理和实际改良效果。主要研究内容和成果如下：1.对钛石膏的基本性能进行了全面的测试分析,填补了对钛石膏的性能系统性研究的空白,并结合性能研究结果分析了钛石膏作镉污染改良剂的可行性。结果表明,钛石膏粒径小、含水量大,呈弱碱性,主要杂质成分铁以带负电荷的胶体形式存在；钛石膏有提高土壤肥力的优势,对土壤环境没有危害；钛石膏酸中和能力值(ANC)为6625mmol/g,加入土壤中能有效提高土壤pH值,具有作改良剂的可行性。2.通过考察钛石膏对镉的吸附性能及影响因素,评估了钛石膏用于改良土壤镉污染的潜力。结果表明,钛石膏对Cd2+具有良好的吸附性能,钛石膏对Cd2+的等温吸附过程符合Langmuir吸附等温方程,饱和吸附量为18.29mg/g。吸附过程最佳钛石膏添加量为10g/L,pH在3-6的范围内,钛石膏对Cd2+的吸附量随pH的增加而增加。3.通过跟踪土壤性质和镉形态的变化,研究钛石膏作为土壤改良剂时镉元素的存在形态和固定机理。结果表明,添加钛石膏能有效提高土壤pH值和阳离子交换量、降低土壤的氧化还原性电位,最大变化幅度分别为29%、16.1%和12.04%。其中EXC-Cd (水溶交换态)和CA-Cd(碳酸盐结合态)向FeMnOx-Cd(铁锰氧化物结合态)和RES-Cd(残渣态)转变,EXC-Cd从20.7%下降至13.8%,CA-Cd从23.6%下降至13.6%,Res-Cd从33.3%上升至44.6%,FeMnOx-Cd从11.3%上升至12.4%,镉被固定的主要机理包括沉淀作用和吸附作用。4.通过盆栽实验和实际农田种植实验,研究改良后土壤镉的生物有效性,评估水稻种植的安全性。结果表明,添加钛石膏能有效降低土壤MgCl2、DTPA、HCl有效镉含量,最大下降幅度分别为39%、33%和17%。添加钛石膏能减少水稻籽粒镉含量,对水稻生长没有不良影响,且具有一定增产效果。通过本文的研究工作,建立了对钛石膏进行资源化利用的一种有效方法。鉴于需要治理的镉污染土壤的面积巨大,作为土壤改良剂使用,可以为钛石膏的处置提供一个消耗量大且便于实施的出路。本论文研究成果为推广应用于被其他重金属污染土壤的治理,提供了理论依据和技术手段。
【关键词】：钛石膏 吸附性能 镉污染 土壤改良 生物有效性
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 前言11-12
• 1.1 研究背景和目的11-12
• 第2章 文献综述12-28
• 2.1 土壤镉污染与治理研究背景12
• 2.2 土壤镉污染的危害及镉污染现状12-13
• 2.3 镉污染土壤的修复方法和现状13-16
• 2.3.1 工程修复法14-15
• 2.3.2 生物修复法15
• 2.3.3 化学修复法15
• 2.3.4 基于工业副产废物的生态修复法15-16
• 2.4 镉在土壤中的赋存形式及其影响因素16-18
• 2.4.1 pH对Cd赋存形式的影响17
• 2.4.2 有机质对Cd赋存形式的影响17
• 2.4.3 土壤CEC对Cd赋存形式的影响17-18
• 2.4.4 土壤类型对Cd赋存形式的影响18
• 2.5 钛石膏概述及资源化应用现状18-25
• 2.5.1 钛石膏概述18-19
• 2.5.2 钛石膏的组成和性质19-20
• 2.5.3 钛石膏的处理和危害20-21
• 2.5.4 钛石膏的资源化处理方法21-24
• 2.5.5 钛石膏资源化应用现状和问题24-25
• 2.6 本文研究工作和创新点25-28
• 2.6.1 研究思路25-26
• 2.6.2 研究内容26-27
• 2.6.3 课题创新点27-28
• 第3章 钛石膏的基本性能研究28-38
• 3.1 实验材料与方法28-29
• 3.2 钛石膏的基本特性29-36
• 3.2.1 钛石膏的基本化学组成29-31
• 3.2.2 钛石膏的粒径和含水量31-32
• 3.2.3 钛石膏的重金属元素及浸出毒性分析32-33
• 3.2.4 钛石膏的物相及热重分析33-35
• 3.2.5 钛石膏的SEM分析35-36
• 3.3 钛石膏的酸碱中和能力测定36
• 3.4 钛石膏改良土壤的可行性分析36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 钛石膏吸附Cd~(2+)的平衡特性及影响因素38-44
• 4.1 实验材料和方法38-39
• 4.1.1 实验材料38
• 4.1.2 实验方法38-39
• 4.2 实验结果和讨论39-43
• 4.2.1 吸附动力学39-40
• 4.2.2 吸附等温线方程40-41
• 4.2.3 pH对钛石膏吸附的影响41-42
• 4.2.4 钛石膏加量对吸附的影响42-43
• 4.3 本章小结43-44
• 第5章 钛石膏改良土壤镉污染的机理研究44-59
• 5.1 实验材料和方法44-48
• 5.1.1 供试土壤和钛石膏44-45
• 5.1.2 试验设计45-46
• 5.1.3 实验仪器及试剂46
• 5.1.4 相关指标分析及方法46-48
• 5.2 添加钛石膏对土壤基本性质的影响48-51
• 5.2.1 添加钛石膏后土壤pH值的变化48-49
• 5.2.2 添加钛石膏后土壤CEC值的变化49-50
• 5.2.3 添加钛石膏后土壤Eh值的变化50-51
• 5.3 添加钛石膏后土壤镉形态的变化51-55
• 5.4 添加钛石膏对土壤有效镉含量的影响55-56
• 5.5 钛石膏改良土壤镉污染的固定机理56-57
• 5.6 本章小结57-59
• 第6章 添加钛石膏对土壤镉生物有效性的影响59-65
• 6.1 材料与方法59-60
• 6.1.1 实验材料59
• 6.1.2 实验设计59-60
• 6.1.3 样品分析方法60
• 6.2 添加钛石膏对土壤镉生物有效性的影响60-63
• 6.2.1 添加钛石膏对土壤全镉和有效镉含量的影响60-61
• 6.2.2 添加钛石膏对水稻生长的影响61
• 6.2.3 添加钛石膏对水稻籽粒产量及生物量的影响61-62
• 6.2.4 添加钛石膏对水稻地上部分镉含量的影响62-63
• 6.3 大面积种植实验结果63-64
• 6.4 本章小结64-65
• 第7章 结论与展望65-67
• 7.1 结论65
• 7.2 展望65-67
• 参考文献67-75
• 研究生期间发表论文75-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：252341