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土壤重金属污染原位钝化修复技术研究

时间:2019-11-04 09:58

来源:基层建设

作者:刘付东

近年来,随着现代工农业的发展,我国重金属污染事件频发,严重影响广大群众的身体健康,土壤重金属污染与修复成为人们关注的环境问题之一。目前,在各种土壤重金属污染修复技术中,原位钝化修复技术由于成本低、操作简单易行、并且修复效率高,对于中轻度浓度污染土壤的修复具有较好的应用前景,成为研究的热点。

1.原位钝化修复技术概述

原位钝化修复是指向土壤中投加钝化材料,改变重金属污染在土壤中的化学形态和赋存状态,从而降低重金属的生物有效性和迁移性,减少植物对重金属的吸收,也称为原位固定技术或原位稳定化技术。这种钝化修复方法从成本和时间上能更好地满足轻微、轻度重金属污染土壤的治理要求,尤其满足重金属复合污染土壤修复的要求。因此,针对我国耕地土壤以轻微、轻度重金属污染为主的特点,重金属污染土壤原位钝化修复技术已成为当前我国重金属污染耕地土壤修复技术的研究热点。

纳米材料因其巨大的比表面积和强大的吸附能力被广泛应用到土壤污染修复当中,强酸改性后的纳米碳黑增加了表面C=C和O-H官能团,并引进了O=C-OH、C-O 和CNO 等官能团,应用于重金属Cu、Cd污染过的修复中。但是目前仍然缺乏对纳米材料的土壤环境行为和生态环境风险的研究。

2.原位钝化技术盆栽试验

2.1供试材料

本试验所用土壤为典型棕壤,其pH值为6.65;供试钝化材料为硝酸-高锰酸钾改性纳米碳黑,pH值在5~6左右;供试植物分别选用耐受植物黑麦草和超积累植物红叶菾菜。

2.2盆栽试验

称取500gCd2+污染棕壤于聚乙烯花盆中,每个花盆中的基肥一致,称取尿素2g和磷酸二氢钾4.4g共溶于1L水中,在每个花盆底部托盘浇水120mL,钝化一周后播种。本试验按照以下处理方式进行栽培试验。

A:不添加钝化材料种植黑麦草;

B:不添加钝化材料种植红叶菾菜;

C:添加2%OBC不种植植物;

D:不添加钝化材料不种植材料;

E:添加2%OBC并种植黑麦草;

F:添加2%OBC并种植印度芥菜。

其中,2%的钝化材料是称取10g改性纳米碳黑(OBC)混入500g棕壤中,搅拌均匀。为区分根际土和非根际土,称取200g混匀后的含2%OBC的棕壤用500目的尼龙布包成半圆形放入花盆中。植物种子均种于尼龙布包裹的土壤中。

2.3分析方法

盆栽土培实验每10d为一个周期,经过10d以后,分别在每个花盆里选取一定量的土壤于105℃烘箱中烘干5H后,研磨并分别称取10.00g于100mL塑料小瓶中,添加20mLdTpA浸提液,在25℃水浴恒温往复振荡机上振荡2H,过滤后用TAS-990原子吸收分光光度计(AAS)测定滤液中上清液中Cd2+ 含量,得出有效态Cd2+ 的含量,从而分析一个月内不同处理盆栽土壤中Cd2+ 有效态变化趋势。

2.4数据处理

有效态Cd2+ 用下列供试计算:有效态镉11

式中:C为提取液中重金属镉的浓度。

3.盆栽试验结果与讨论

3.1无植物土壤中改性纳米碳黑钝化效果

土壤中Cd2+ 的有效态含量决定了植物吸收Cd2+ 的量,添加了钝化材料后可以吸收土壤中的重金属从而降低重金属活性。图1对比了有无改性纳米碳黑土壤中有效态Cd2+ 变化趋势。

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图1土壤中重金属Cd2+ 有效态含量对比

从图1中可以看出,施加钝化材料后土壤中的有效态Cd2+ 含量明显降低,表明钝化材料改性纳米碳黑OBC对重金属镉有吸收作用,可以减少土壤中重金属镉的含量,从而验证了钝化材料修复污染土壤的可行性。

3.2耐受植物下纳米碳黑钝化效果

黑麦草是一种耐受植物,为探究耐受植物与钝化材料之间是否会有影响,分别测定了两种植物在添加改性纳米碳黑OBC和未添加OBC两种情况下,根际土和非根际土中有效态Cd2+ 的浓度(图2)。

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图2不同条件黑麦草根际土和非根际土有效态Cd2+ 对比图

由图2可以看出,在第30d,未添加OBC的黑麦草根际土壤有效态镉浓度则为3.360mg/kg,而添加了钝化材料OBC的黑麦草非根际土壤有效态镉浓度为2.840mg/kg,降低了0.520mg/kg,说明钝化材料确实能够吸附土壤中的重金属镉。而未添加钝化材料OBC的黑麦草根际土壤有效态镉的浓度为3.295mg/kg,相比于同样条件下黑麦草非根际土壤有效态镉的浓度降低了0.065mg/kg,说明植物对重金属镉有一定的修复作用。还可以从图1中看出,添加了钝化材料OBC的黑麦草根际土壤中有效态镉的浓度为2.705mg/kg,相比于未添加钝化材料的黑麦草非根际土壤中有效态镉的浓度,减少了0.655mg/kg,说明黑麦草植物和钝化材料联合修复效果相比于单因素修复效果好,两种修复效果是互相促进的。

3.3超积累植物下纳米碳黑钝化效果

编辑:李丹

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