污灌土壤中重金屬形態(tài)及化學(xué)治理研究.pdf

1、近年來，由于人口急劇增長(zhǎng)和工業(yè)迅猛發(fā)展，固體廢物向土壤表面堆放傾倒、有害廢水向土壤中滲透、大氣中的有害氣體及飄塵不斷隨雨水降落在土壤中及大量引用工業(yè)污水灌溉致使土壤污染日益嚴(yán)重化，土壤污染問題已成為一個(gè)亟待重視和解決的問題。土壤污染的類型大致可以分為重金屬污染、農(nóng)藥和有機(jī)物污染、放射性污染、病原菌污染等。重金屬污染是造成土壤環(huán)境質(zhì)量下降的重要原因之一，和其他類型的污染物相比，重金屬污染的特殊性在于它很難被土壤微生物降解而從環(huán)境中徹底消除

2、，當(dāng)其在土壤中積累到一定程度時(shí)，就會(huì)對(duì)土壤—植物系統(tǒng)產(chǎn)生毒害和破壞作用。重金屬污染物難降解、易積累、毒性大，并且具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆轉(zhuǎn)性的特點(diǎn)，是影響生態(tài)系統(tǒng)安全的一類重要污染物質(zhì)。并且由于重金屬存留于表層土壤中容易使農(nóng)作物吸收，并通過食物鏈對(duì)人體造成嚴(yán)重的危害，使重金屬污染的治理研究早已成為國際論壇及科研的焦點(diǎn)。 長(zhǎng)期以來，由于我國單純注重經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)環(huán)境污染持有先污染后治理的態(tài)度，因而忽略了對(duì)環(huán)境的保護(hù)，導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量

3、日益下降。而今，人類生存與發(fā)展一刻也離不開環(huán)境，可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略的提出使人類保護(hù)生態(tài)環(huán)境的認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的高度，要求在滿足當(dāng)代人的需求的同時(shí)，不影響后代人生存的能力。由此，針對(duì)白銀地區(qū)污灌土壤重金屬污染的特點(diǎn)，應(yīng)用相適應(yīng)的科學(xué)手段，提出可行的治理措施以降低重金屬生物有效性和毒性是十分必要的。 第一章土壤重金屬污染狀況及化學(xué)治理技術(shù) 文中較為詳細(xì)地介紹了我國和白銀地區(qū)重金屬污染狀況及危害、相關(guān)土壤中重金屬形態(tài)與生物有效性

4、的研究，以及污染土壤中重金屬的化學(xué)固定及淋洗的研究進(jìn)展，并對(duì)已有的土壤固定劑和沖洗劑進(jìn)行了評(píng)述，共引用文獻(xiàn)75篇。 第二章腐殖酸對(duì)污灌土壤中Cu、Cd、Pb、Zn形態(tài)的影響研究土壤中過量的有毒重金屬如Cu、Cd、Pb、Zn對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)及人類的健康都有極大的危害，它們?cè)谕寥乐械牟煌螒B(tài)也直接影響其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化及毒性。腐殖酸(Humic acid簡(jiǎn)稱HA)是地球生態(tài)環(huán)境中分布最為廣泛的天然有機(jī)物，約占土壤有機(jī)質(zhì)60％，由于其復(fù)

5、雜的結(jié)構(gòu)和多種官能團(tuán)的高反應(yīng)活性，對(duì)重金屬進(jìn)入土壤環(huán)境后的毒性及生物有效性有著重要的影響和調(diào)控作用。本章選擇腐殖酸以及檸檬酸、乙酸和EDTA為土壤添加物，對(duì)比研究了不同添加量及不同pH值條件時(shí)，腐殖酸等對(duì)污灌土壤中Cu、Cd、Pb、Zn不同形態(tài)的影響。結(jié)果顯示：在污灌土壤中添加腐殖酸可以改變土壤對(duì)重金屬離子各形態(tài)的吸持能力，使具有直接毒性的重金屬可溶態(tài)急劇減少60-80％，同時(shí)使重金屬氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)及有機(jī)結(jié)合態(tài)增加，降低重金

6、屬在土壤中的流動(dòng)性、活性和生物可利用性。第三章腐殖酸對(duì)Cd在黃土上吸附特性影響的研究 腐殖酸是土壤環(huán)境中的重要天然有機(jī)物，含有較多的活性基團(tuán)和具有特殊結(jié)構(gòu)，使其與金屬離子能夠發(fā)生離子交換、表面吸附、配位和凝結(jié)等作用。近年來土壤中存在的天然可溶有機(jī)物對(duì)重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響引起了研究者們極大興趣，但主要集中于天然有機(jī)物對(duì)重金屬吸附解吸的研究。本章研究了腐殖酸對(duì)Cd在西部黃土上的吸附特征的影響，并對(duì)其它相關(guān)影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果顯

7、示：無論是否加入腐殖酸，Cd的吸附都能夠較好地符合Freundlich方程，25℃時(shí)加入10ml 55mg·L-1的腐殖酸使土樣對(duì)Cd的飽和吸附量由29.22mmol·kg-1增加到了31.39mmol·kg-1，并且吸附量隨溫度升高而降低，表明吸附為放熱過程。加入與不加腐殖酸相比，吸附標(biāo)準(zhǔn)自由能改變量分別為△G2θ=-0.9497kJ·mol-1和△G1θ=-0.8885kJ·mol-1，不加腐殖酸時(shí)，描述Cd在供試土樣上的吸附動(dòng)力學(xué)

8、最優(yōu)方程為Elovich方程，其次為雙常數(shù)方程；加入腐殖酸溶液后，其吸附動(dòng)力學(xué)最優(yōu)方程改變?yōu)殡p常數(shù)方程，且Cd的吸附平衡時(shí)間縮短。隨著加入腐殖酸量的增加，土壤樣品對(duì)Cd的吸附量明顯增加；隨pH值的增加，加入腐殖酸降低了土壤對(duì)Cd的吸附增加量。第四章表面活性劑強(qiáng)化EDTA絡(luò)合洗脫污灌土壤中的重金屬 土壤沖洗技術(shù)在淋洗液中加入有機(jī)或無機(jī)酸降低土壤pH值、加入無污染的電解質(zhì)溶液交換解吸和加入有機(jī)配體生成水溶性配合物等以釋放存留于土壤固

9、相的重金屬。其中有機(jī)配體如EDTA由于對(duì)土壤性質(zhì)影響較小，對(duì)多種重金屬有較好的絡(luò)合溶解能力，已有較為深入的研究?，F(xiàn)應(yīng)用表面活性劑對(duì)有毒有機(jī)污染物增溶洗脫的研究較多，但對(duì)于表面活性劑應(yīng)用于重金屬的解吸及與螯合劑復(fù)合解吸研究相對(duì)較少。 本章選用白銀地區(qū)污灌土壤為供試樣品，以兩種表面活性劑與EDTA復(fù)合應(yīng)用于重金屬Cd和Pb的解吸，以補(bǔ)償單一解吸劑使用時(shí)的缺點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)復(fù)合解吸前后土壤樣品中Cd、Pb形態(tài)的變化情況，綜合評(píng)價(jià)復(fù)合洗脫的

10、效果。結(jié)果顯示：加入表面活性劑SDS可使EDTA對(duì)Cd的解吸量由61.67％增加到79.68％，對(duì)Pb的解吸量由57.25％增加到89.65％。在EDTA濃度較小時(shí)，加入SDS對(duì)Cd、Pb的解吸產(chǎn)生拮抗作用，抑制了EDTA對(duì)污染土樣中Cd、Pb的解吸；隨著EDTA濃度的不斷增加，加入SDS與EDTA產(chǎn)生明顯的協(xié)同增溶作用；表面活性劑Brij35具有相同的增溶作用，且增溶效果SDS＞Brij35。比較復(fù)配解吸前后重金屬形態(tài)變化，可溶態(tài)、碳

11、酸鹽結(jié)合態(tài)較解吸前減少60％-90％，大大降低了污灌土壤中重金屬的毒性和生物可利用性。 第五章皂角苷絡(luò)合洗脫污灌土壤中重金屬的研究 生物表面活性劑具有低毒性、生物可降解性和表面活性等優(yōu)點(diǎn)，并可回收加以重復(fù)利用，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并且其在環(huán)境治理方面的應(yīng)用也引起了研究者的關(guān)注。 本章選用白銀地區(qū)污灌土壤為供試樣品，采用生物表面活性劑皂角苷對(duì)土樣中重金屬進(jìn)行解吸研究，同時(shí)根據(jù)解吸前后土壤樣品中重金屬形態(tài)的變化情況，

12、綜合評(píng)價(jià)皂角苷洗脫的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：隨皂角苷濃度增加，土樣中Cu、Cd、Pb、Zn的解吸率也不斷增加，在皂角苷濃度為3％時(shí)，Cu、Cd、Pb、Zn解吸量分別達(dá)到43.87％、95.11％、83.54％和20.34％，而單獨(dú)用水沖洗各重金屬解吸量最大不超過5％；并且發(fā)現(xiàn)隨土壤pH值增加，重金屬解吸量逐漸減小。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示離子強(qiáng)度對(duì)Pb、Zn影響不大，而Cu、Cd隨離子強(qiáng)度增大解吸量減小。比較沖洗前后重金屬形態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)Cu、Cd