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磷基材料钝化修复重金属Pb、Cu、Zn复合污染土壤

施尧  
【摘要】:土壤受重金属污染,不仅会退化土壤肥力,使农作物产量下降,而且可能直接毒害植物生长或者通过食物链的传递危害人类健康。化学钝化修复是一种以降低污染物环境风险为目的的污染土壤修复方法,目的是通过加入修复材料,以调节和改变污染物在土壤中的物理化学性质,通过沉淀、吸附、络合等一系列反应,降低污染物的有效浓度和生物可利用性,达到修复效果。近年来,化学钝化修复技术大多集中在单一重金属(如Pb)污染土壤的修复上,而实际受污染土壤往往是多种重金属并存的复合污染。因此,开展土壤重金属复合污染的钝化修复更具有实际意义。 实验采用两种磷基材料,即重过磷酸钙磷肥(Triple Superphosphate Fertilizer, TSP)和磷灰石矿尾料(Phosphate Rock Tailing,PR)修复Pb、Cu、Zn三种重金属并存的复合污染土壤。通过化学提取试验研究磷基材料对重金属有效态浓度和毒性溶出浓度的影响;通过土柱淋溶实验研究磷基材料对重金属在土壤剖层径向迁移性的影响;借助Visual MINTEQ化学形态模型探讨含磷物质修复污染土壤中重金属活性的影响及可能的机理;通过植物盆栽实验研究重金属生物可利用性变化。主要结果如下: (1)化学提取实验表明:所有三种处理(TSP、PR、PR+TSP)均能有效的降低CaCl2和TCLP提取态Pb的含量,两种提取态的Pb分别下降20.1-80.2%和16.3-70.1%,三种处理的效率为TSPPR+TSPPR;对于Cu来说,所有处理均降低了Cu在TCLP提取态的含量,下降15.1-20.6%。在CaCl2提取中, PR处理降低了Cu的提取态浓度30.1-43.2%外,但TSP和PR+TSP处理会增加Cu的提取态浓度;对于Zn来说,各处理均有效降低CaCl2 (2)土柱淋溶的试验结果显示:淋溶液和深层土壤中的P含量都没有明显变提取态Zn的含量,下降15.2-40.3%,处理效果为TSP=PRPR+TSP。TSP处理对TCLP提取态Zn的浓度几乎没有影响,而PR和PR+TSP处理略增加了土壤中Zn的TCLP提取态浓度。化,表明磷基材料的加入不太可能引起因P过量所带来的地表水和地下水的二次污染问题。各处理都能够有效地稳定Pb,表现出深层土壤中Pb的浓度远低于空白对照,其中TSP和PR+TSP的处理效果较好。与对照相比,PR、TSP和PR+TSP三种处理降低总Pb淋溶量分别为33.2%、38.4%和35.5%; PR和PR+TSP的处理也能够有效的将Cu稳定在原土壤层中,但TSP的处理效果较差。与对照相比,PR和PR+TSP处理降低总Cu淋溶量分别为11.2%和24.2%;TSP处理对于稳定Zn作用明显,与对照相比,TSP处理降低总Zn淋溶量为34.3%,而PR和PR+TSP处理均增加总Zn淋溶量分别为87.1%和70.3%。 (3) Visual MINTEQ模型计算表明:三种磷处理均有效地降低了Pb2+的活度,降低效率为TSPPR+TSPPR。Pb2+离子的活度主要受Pb5(PO4)3OH沉淀控制,而且其浓度与水溶液P呈显著负相关性(r2=0.69, p0.05),表明含P物质诱导Pb稳定化可能主要是由于形成了磷酸铅沉淀; PR处理降低了Cu2+、Zn2+的活度,但TSP和PR+TSP处理增加了Cu2+、Zn2+的活度,且所有处理中Cu2+和Zn2+离子的活度均与任何沉淀无关,但水溶态Cu、Zn含量的与pH值呈显著负相关性(r2 (4)植物盆栽实验结果显示:磷基材料对白菜和芥蓝地上部分的生物量影响较小,但对重金属浓度有显著影响。与对照相比,P处理使白菜地上部分Pb和Cu的浓度分别下降了58.4-88.1%和5.6-36.5%,对Zn的吸收影响较小;对芥蓝来说,三种P处理均降低了Pb的吸收,其中以TSP处理最好,下降了约20%。三种处理均降低了Zn的浓度,下降22.3-29.6%,但对Cu的吸收影响较小。=0.72, p0.05),表明它们的活度可能与表面吸附或络合有关。 总之,实验所用的含P材料重过磷酸钙磷肥和磷灰石矿尾料均有效地钝化土壤中的Pb,主要是基于形成了难溶性磷酸铅沉淀;含P材料对Cu和Zn的稳定效果依赖于评价方法,其活性与表面吸附或络合有关。


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