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土壤重金屬污染原位鈍化修復技術研究

時間:2019-11-04 09:58

來源:基層建設

作者:劉付東

近年來,隨著現代工農業的發展,我國重金屬污染事件頻發,嚴重影響廣大群眾的身體健康,土壤重金屬污染與修復成為人們關注的環境問題之一。目前,在各種土壤重金屬污染修復技術中,原位鈍化修復技術由于成本低、操作簡單易行、并且修復效率高,對于中輕度濃度污染土壤的修復具有較好的應用前景,成為研究的熱點。

1.原位鈍化修復技術概述

原位鈍化修復是指向土壤中投加鈍化材料,改變重金屬污染在土壤中的化學形態和賦存狀態,從而降低重金屬的生物有效性和遷移性,減少植物對重金屬的吸收,也稱為原位固定技術或原位穩定化技術。這種鈍化修復方法從成本和時間上能更好地滿足輕微、輕度重金屬污染土壤的治理要求,尤其滿足重金屬復合污染土壤修復的要求。因此,針對我國耕地土壤以輕微、輕度重金屬污染為主的特點,重金屬污染土壤原位鈍化修復技術已成為當前我國重金屬污染耕地土壤修復技術的研究熱點。

納米材料因其巨大的比表面積和強大的吸附能力被廣泛應用到土壤污染修復當中,強酸改性后的納米碳黑增加了表面C=C和O-H官能團,并引進了O=C-OH、C-O 和CNO 等官能團,應用于重金屬Cu、Cd污染過的修復中。但是目前仍然缺乏對納米材料的土壤環境行為和生態環境風險的研究。

2.原位鈍化技術盆栽試驗

2.1供試材料

本試驗所用土壤為典型棕壤,其pH值為6.65;供試鈍化材料為硝酸-高錳酸鉀改性納米碳黑,pH值在5~6左右;供試植物分別選用耐受植物黑麥草和超積累植物紅葉菾菜。

2.2盆栽試驗

稱取500gCd2+污染棕壤于聚乙烯花盆中,每個花盆中的基肥一致,稱取尿素2g和磷酸二氫鉀4.4g共溶于1L水中,在每個花盆底部托盤澆水120mL,鈍化一周后播種。本試驗按照以下處理方式進行栽培試驗。

A:不添加鈍化材料種植黑麥草;

B:不添加鈍化材料種植紅葉菾菜;

C:添加2%OBC不種植植物;

D:不添加鈍化材料不種植材料;

E:添加2%OBC并種植黑麥草;

F:添加2%OBC并種植印度芥菜。

其中,2%的鈍化材料是稱取10g改性納米碳黑(OBC)混入500g棕壤中,攪拌均勻。為區分根際土和非根際土,稱取200g混勻后的含2%OBC的棕壤用500目的尼龍布包成半圓形放入花盆中。植物種子均種于尼龍布包裹的土壤中。

2.3分析方法

盆栽土培實驗每10d為一個周期,經過10d以后,分別在每個花盆里選取一定量的土壤于105℃烘箱中烘干5H后,研磨并分別稱取10.00g于100mL塑料小瓶中,添加20mLdTpA浸提液,在25℃水浴恒溫往復振蕩機上振蕩2H,過濾后用TAS-990原子吸收分光光度計(AAS)測定濾液中上清液中Cd2+ 含量,得出有效態Cd2+ 的含量,從而分析一個月內不同處理盆栽土壤中Cd2+ 有效態變化趨勢。

2.4數據處理

有效態Cd2+ 用下列供試計算:有效態鎘11

式中:C為提取液中重金屬鎘的濃度。

3.盆栽試驗結果與討論

3.1無植物土壤中改性納米碳黑鈍化效果

土壤中Cd2+ 的有效態含量決定了植物吸收Cd2+ 的量,添加了鈍化材料后可以吸收土壤中的重金屬從而降低重金屬活性。圖1對比了有無改性納米碳黑土壤中有效態Cd2+ 變化趨勢。

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圖1土壤中重金屬Cd2+ 有效態含量對比

從圖1中可以看出,施加鈍化材料后土壤中的有效態Cd2+ 含量明顯降低,表明鈍化材料改性納米碳黑OBC對重金屬鎘有吸收作用,可以減少土壤中重金屬鎘的含量,從而驗證了鈍化材料修復污染土壤的可行性。

3.2耐受植物下納米碳黑鈍化效果

黑麥草是一種耐受植物,為探究耐受植物與鈍化材料之間是否會有影響,分別測定了兩種植物在添加改性納米碳黑OBC和未添加OBC兩種情況下,根際土和非根際土中有效態Cd2+ 的濃度(圖2)。

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圖2不同條件黑麥草根際土和非根際土有效態Cd2+ 對比圖

由圖2可以看出,在第30d,未添加OBC的黑麥草根際土壤有效態鎘濃度則為3.360mg/kg,而添加了鈍化材料OBC的黑麥草非根際土壤有效態鎘濃度為2.840mg/kg,降低了0.520mg/kg,說明鈍化材料確實能夠吸附土壤中的重金屬鎘。而未添加鈍化材料OBC的黑麥草根際土壤有效態鎘的濃度為3.295mg/kg,相比于同樣條件下黑麥草非根際土壤有效態鎘的濃度降低了0.065mg/kg,說明植物對重金屬鎘有一定的修復作用。還可以從圖1中看出,添加了鈍化材料OBC的黑麥草根際土壤中有效態鎘的濃度為2.705mg/kg,相比于未添加鈍化材料的黑麥草非根際土壤中有效態鎘的濃度,減少了0.655mg/kg,說明黑麥草植物和鈍化材料聯合修復效果相比于單因素修復效果好,兩種修復效果是互相促進的。

3.3超積累植物下納米碳黑鈍化效果

編輯:李丹

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