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褐煤基改性材料对石灰性土壤中铅、镉径向迁移的影响

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摘要

1 文献综述

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状与分析

1.2.1 土壤重金属形态的环境学意义

1.2.2 土壤重金属污染的修复方法研究

1.2.3 褐煤及改性材料对重金属污染修复的研究进展

1.2.4 施加改良剂后对重金属的垂直迁移分布的影响

1.3 存在问题

1.4 研究目的

1.5 研究内容

1.6 技术路线

2 引言

3 材料与方法

3.1 试验材料

3.1.1 供试土壤

3.1.2 褐煤及其改性材料的制备

3.2 测定方法

3.3 淋滤液中重金属累计释放量及释放率的计算

3.4 数据分析

3.5.2 填装土柱

3.5.3 淋溶方式

3.5.4 土柱不同深度的Pb、Cd含量的形态分级

4 结果与分析

4.1 去离子水淋溶时不同改性材料对石灰性土壤中铅、镉释放及垂直迁移的影响

4.1.1 模拟降雨作用下改性材料对土壤中铅、镉释放特征的影响

4.1.2 模拟降雨作用下改性材料对土柱铅、镉累计释放率的影响

4.1.3 模拟降雨作用下改性材料对不同深度土壤铅、镉全量的影响

4.1.4 模拟降雨作用下改性材料对不同深度土壤铅、镉交换态的影响

4.1.5 模拟降雨作用下改性材料对不同深度土壤铅、镉形态分布的影响

4.2 CACl2溶液淋溶时不同改性材料对石灰性土壤中铅、镉释放及垂直迁移的影响

4.2.2 CaCl2溶液淋溶时改性材料对土柱铅、镉累计释放率的影响

4.2.3 CaCl2溶液淋溶时改性材料对不同深度土壤铅、镉全量的影响

4.2.4 CaCl2溶液淋溶时改性材料对不同深度土壤铅、镉可交换态的影响

4.2.5 CaCl2溶液淋溶时改性材料对不同深度土壤铅、镉形态分布的影响

4.3 EDTA淋溶时不同改性材料对石灰性土壤中铅、镉释放及垂直迁移的影响

4.3.1 EDTA淋溶时改性材料对土壤中铅、镉释放特征的影响

4.3.2 EDTA淋溶时改性材料对土柱铅、镉累计释放率的影响

4.3.3 EDTA淋溶时改性材料对不同深度土壤铅和镉全量的影响

5 结论与讨论

5.1 结论

5.2 讨论

参考文献

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摘要

由于我国工业化的进程,土壤重金属的污染问题已经十分严重,而且重金属会经地表径流以及降雨淋失作用污染水体,对我们日常生活影响颇大。本研究以褐煤为原材料,对褐煤进行改性,制备硝化褐煤、去矿化褐煤、褐煤基活性炭、磺化褐煤、褐煤基腐殖酸,褐煤基腐殖酸接枝共聚、褐煤基腐殖酸树脂共七种改性材料。本试验研究土壤施加褐煤及改性材料后,通过土柱淋溶试验,对淋滤液中铅和镉的释放规律以及它们在土壤径向迁移和赋存形态进行分析,进而评价不同改性材料对土壤的固定效果。研究表明:
  1.在去离子水淋溶时,通过模拟降雨条件,研究施用不同改性材料时石灰性土壤中重金属的径向移动分布及形态的变化。施加改性材料后淋滤液中Cd、Pb的含量都明显降低,而且Cd的含量较低,对环境及地下水威胁较小;但是Pb的含量较高,对环境及地下水威胁较大。与空白相比,各种改性材料都能够有效的固定Cd、Pb,表现为施加改性材料后土壤淋滤液中Cd、Pb的释放量得到明显下降,而且深层土壤中Cd、Pb的含量都低于空白对照。但是各改性材料处理对Cd、Pb的固定效果有所差异,其中褐煤、腐植酸、接枝共聚、树脂处理对Cd的固定钝化效果最好,释放总量分别下降94.48%、94.28%、95.80%、95.38%,褐煤、去矿化、磺化对Pb的固定钝化效果最好,释放总量分别下降95.60%、96.38%、96.05%。在淋溶作用后,经过处理的土柱表层(0-5cm)污染土壤都以铁锰氧化物结合态和残渣态为主要存在形式,趋向于向活性较低的形态转化,而深层土壤中的Pb和Cd则以残渣态为主。
  2.用CaCl2淋溶时,CaCl2溶液可以模拟了自然界土壤溶液的离子强度,淋溶反映了土壤溶液对重金属的迁移影响。改性材料的添加显著降低了淋滤液中Pb、Cd的浓度,并且深层土壤中Pb、Cd的含量显著低于空白处理,而且各种改性材料又有所差异,其中褐煤、硝化、磺化、腐植酸明显增强了土柱土壤中的镉的稳定性,Cd的释放总量分别下降92.67%、94.09%、92.69%、92.72%,去矿化、活性炭、腐植酸对Pb的固定钝化效果最好,Pb的释放总量分别下降95.91%、95.50%、95.77%。在淋溶作用后,添加改性材料处理后表层0-5cm所含重金属铅和镉都以铁锰氧化物结合态和残渣态为主要存在状态,趋向于向比较稳定的形态转化,不易发生大幅度迁移,不易被植物所吸收,而深层土壤中重金属的Pb和Cd则以残渣态为主。
  3.EDTA溶液可以对土壤中的重金属进行解析,通过施加改良剂与未加改良剂的土壤重金属解析程度对比,了解土壤加入何种改良剂可以与重金属结合的较紧密,较不易洗脱。改性材料淋滤液中Pb、Cd含量有所降低,但是由于EDTA对重金属的淋洗作用较强,大部分改性材料降低不太明显。各种改性材料有所差异,其中腐殖酸接枝共聚和腐殖酸树脂淋滤液中重金属降低最为明显,Pb的含量分别从空白对照的95.29%降低到52.81%与53.11%,Cd的含量分别从空白对照的78.21%降低到51.53%与51.59%。
  综上,褐煤及其改性材料施入重金属污染土壤后,对重金属Pb和Cd均起到了固定作用,而且降低了它们的径向迁移作用。通过对比,施加褐煤基腐殖酸、腐殖酸接枝共聚、腐殖酸树脂对于提高石灰性土壤中重金属Pb、Cd的稳定性及降低其径向迁移效果最佳,且与重金属结合后最不易释放到环境中。

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