污灌土壤中重金屬形態(tài)及化學治理研究.pdf

1、近年來，由于人口急劇增長和工業(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重化，土壤污染問題已成為一個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、，當其在土壤中積累到一定程度時，就會對土壤—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、長期性和不可逆轉(zhuǎn)性的特點，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，并通過食物鏈對人體造成嚴重的危害，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。 長期以來，由于我國單純注重經(jīng)濟的發(fā)展，對環(huán)境污染持有先污染后治理的態(tài)度，因而忽略了對環(huán)境的保護，導致環(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生態(tài)環(huán)境的認識提高到一個新的高度，要求在滿足當代人的需求的同時，不影響后代人生存的能力。由此，針對白銀地區(qū)污灌土壤重金屬污染的特點，應(yīng)用相適應(yīng)的科學手段，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治理技術(shù) 文中較為詳細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固定及淋洗的研究進展，并對已有的土壤固定劑和沖洗劑進行了評述，共引用文獻75篇。 第二章腐殖酸對污灌土壤中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對農(nóng)作物生長及人類的健康都有極大的危害，它們在土壤中的不同形態(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簡稱HA)是地球生態(tài)環(huán)境中分布最為廣泛的天然有機物，約占土壤有機質(zhì)60％，由于其復

5、雜的結(jié)構(gòu)和多種官能團的高反應(yīng)活性，對重金屬進入土壤環(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，對比研究了不同添加量及不同pH值條件時，腐殖酸等對污灌土壤中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％，同時使重金屬氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)及有機結(jié)合態(tài)增加，降低重金

6、屬在土壤中的流動性、活性和生物可利用性。第三章腐殖酸對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物，含有較多的活性基團和具有特殊結(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物對重金屬遷移轉(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物對重金屬吸附解吸的研究。本章研究了腐殖酸對Cd在西部黃土上的吸附特征的影響，并對其它相關(guān)影響因素進行了研究。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℃時加入10ml 55mg·L-1的腐殖酸使土樣對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，吸附標準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，描述Cd在供試土樣上的吸附動力學

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，其吸附動力學最優(yōu)方程改變?yōu)殡p常數(shù)方程，且Cd的吸附平衡時間縮短。隨著加入腐殖酸量的增加，土壤樣品對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Cd的吸附增加量。第四章表面活性劑強化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或無機酸降低土壤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。其中有機配體如EDTA由于對土壤性質(zhì)影響較小，對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。現(xiàn)應(yīng)用表面活性劑對有毒有機污染物增溶洗脫的研究較多，但對于表面活性劑應(yīng)用于重金屬的解吸及與螯合劑復合解吸研究相對較少。 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復合應(yīng)用于重金屬Cd和Pb的解吸，以補償單一解吸劑使用時的缺點，同時根據(jù)復合解吸前后土壤樣品中Cd、Pb形態(tài)的變化情況，綜合評價復合洗脫的

10、效果。結(jié)果顯示：加入表面活性劑SDS可使EDTA對Cd的解吸量由61.67％增加到79.68％，對Pb的解吸量由57.25％增加到89.65％。在EDTA濃度較小時，加入SDS對Cd、Pb的解吸產(chǎn)生拮抗作用，抑制了EDTA對污染土樣中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，并可回收加以重復利用，具有較高的經(jīng)濟價值，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土樣中重金屬進行解吸研究，同時根據(jù)解吸前后土壤樣品中重金屬形態(tài)的變化情況，

12、綜合評價皂角苷洗脫的效果。實驗結(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，Cu、Cd、Pb、Zn解吸量分別達到43.87％、95.11％、83.54％和20.34％，而單獨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。同時實驗結(jié)果顯示離子強度對Pb、Zn影響不大，而Cu、Cd隨離子強度增大解吸量減小。比較沖洗前后重金屬形態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)Cu、Cd