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土壤中镉的吸附和淋失动力学及植物富集规律研究

梁振飞  
【摘要】:本文研究了钝化剂吸附固定镉的机理,初步筛选了镉高效淋洗剂,优化了淋洗条件与方法,并探讨了镉在土壤-植物系统中的转移,从而为镉污染农田土壤的安全利用提供科学依据。主要研究结果如下: 采用动力学方法,研究了纳米化和酸洗处理,以及不同Cd2+添加浓度对赤泥类钝化剂吸附Cd2+的动力学行为。结果表明:准二级动力学方程和指数(Ⅱ)型方程可用于描述赤泥对Cd2+的吸附动力学特征。赤泥类钝化剂对Cd2+的吸附受离子交换反应和表面络合反应共同作用,吸附速率受膜扩散和颗粒间扩散联合控制。纳米化增大了赤泥的比表面积,提高了赤泥的吸附性能;酸洗处理也增大了赤泥的比表面积,但同时降低了赤泥pH,降低了赤泥的吸附性能。 以三种外源添加镉的低污染土壤(酸性,石灰性和高有机质土壤)为研究对象,对比了两种螯合剂,两种酸性溶液对镉的浸提效果。结果表明,螯合剂的浸提效率高于酸性溶液,并呈现出EDTA EDDS柠檬酸和HCl的顺序。螯合剂在过量的情况下并不能显著提高镉的浸提效率;而柠檬酸和HCl对镉的浸提效率随浓度的升高而增加,尤其在石灰性土壤上,浓度的升高极显著地提高了浸提效率。外源添加镉污染土壤上镉浸提效率极显著高于田间无污染土壤。研究结果显示EDTA用于Fe、Ca含量均较低的土壤效果更好,EDDS宜用于有机质和黏粒含量均较低的土壤,而柠檬酸和HCl宜用于酸性土壤。 在批处理实验的基础上,进一步探讨了不同土壤和淋洗条件对镉低污染土壤的土柱淋洗影响。结果表明背景电解质对目标元素镉的淋洗作用很弱,淋洗剂的加入提高了镉的溶出,镉的溶出量表现为石灰性土壤酸性土壤高有机质土壤。石灰性土壤上,目标元素镉和矿物阳离子Ca/Mn的淋洗曲线呈现出相似的尖峰长尾形状,与批洗实验中的动力学曲线一致。酸性条件下利于镉的溶出,有机质对镉有着明显的钝化作用,而Fe/Mn氧化物对镉表现出强烈的吸附。 根据我国农田土壤pH和有机质的频率分布特点,选取有代表性的15种土壤进行外源镉的土壤-菠菜转移实验。结果表明,菠菜植株镉浓度与土壤镉浓度呈正相关,对数化后提高了其相关性。15种土壤上,每种土壤的TFadded(外源镉转移系数)均高于TFtotal(总镉转移系数),TFtotal和TFadded在酸性土壤上最大。Freundlich扩展方程能较好地描述镉在土壤-菠菜系统中的转移。基于土壤总镉,pH和有机碳时的预测方程相关性极大地高于仅基于土壤总镉时的预测方程相关性。在镉低浓度土壤上,有机碳对镉吸收有弱保护作用。


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