重金屬污染土壤原位鈍化穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著土壤重金屬污染的日益嚴重，重金屬污染土壤的修復已經(jīng)成為環(huán)境問題的熱點。原位鈍化修復技術是一種向土壤中添加鈍化劑，通過鈍化劑對重金屬的吸附、沉淀、絡合、離子交換和氧化還原等一系列反應，以降低重金屬的可遷移性和生物有效性的技術。因該技術成本低、修復效率高、且操作簡單，對于中低濃度污染土壤的修復具有較好的應用前景。然而該技術致命性弱點是經(jīng)鈍化穩(wěn)定后的重金屬仍留存在土壤中，只是降低了重金屬在土壤中的可遷移性和生物有效性，隨時間的延長或環(huán)境條

2、件的變化，重金屬有再次活化的威脅。
　　本文從鈍化劑本身穩(wěn)定性和鈍化劑與重金屬結(jié)合穩(wěn)定性兩方面來研究原位鈍化修復的穩(wěn)定性。選取以交換吸附機理為主的粘土礦物—鈉基膨潤土和螯合吸附機理為主的—改性納米黑碳兩種鈍化劑，通過模擬實驗和培養(yǎng)實驗研究鈍化劑本身的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性（化學氧化穩(wěn)定性和酸堿穩(wěn)定性）、生物學穩(wěn)定性；通過吸附解吸實驗研究鈍化劑與重金屬結(jié)合的穩(wěn)定性及其影響因素；通過盆栽實驗研究鈍化劑在實際應用中的穩(wěn)定性。其目的是為鈍化

3、劑實際應用于原位鈍化修復重金屬污染土壤提供理論依據(jù)。
　　本文獲得的主要研究結(jié)果如下：
　　選取改性納米黑碳為鈍化材料研究其本身穩(wěn)定性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
　?。?）改性納米黑碳的熱穩(wěn)定性很好，利用熱重分析儀將改性納米黑碳從室溫逐步加熱到700℃，改性納米黑碳的質(zhì)量僅降低13.01％。
　?。?）改性納米黑碳的化學穩(wěn)定性強。利用333mmo·L-1的KMnO4對改性納米黑碳進行氧化24小時后，達到最大降解率僅為4.22%

4、。改性納米黑碳的酸堿穩(wěn)定性較強，用不同酸堿度的溶液對改性納米黑碳進行酸堿腐蝕，pH為2時，降解率為1.933%，pH為12時，降解率為5.334%。
　?。?）改性納米黑碳在濃度低于1×105cfu·mL-1的枯草芽孢桿菌作用下生物學穩(wěn)定性較好。當濃度高于1×105cfu·mL-1時，隨著枯草芽孢桿菌濃度增高生物學穩(wěn)定性變差，在濃度為1×107cfu·mL-1下培養(yǎng)30天時，改性納米黑碳的最大降解率為11%。改性納米黑碳的生物降解

5、作用大于化學氧化作用。
　　選取以交換吸附機理為主的粘土礦物—鈉基膨潤土和螯合吸附機理為主的—改性納米黑碳兩種鈍化劑，選擇Cu和Cd兩種重金屬，通過吸附動力學、吸附等溫線實驗研究兩種材料對兩種重金屬的吸附特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改性納米黑碳和鈉基膨潤土對Cu2+和Cd2+的吸附可以用準二級動力學和Langmuir方程很好的擬合。重金屬在鈍化劑上的吸附分為快慢兩個階段。用Langmuir方程計算出改性納米黑碳對Cu2+和Cd2+的最大吸附量

6、分別為23809mg·kg-1和24390mg·kg-1，鈉基膨潤土對 Cu2+和Cd2+的最大吸附量分別為4681mg·kg-1和5356mg·kg-1。Freundlich擬合出的n值均大于1，表明兩種重金屬在兩種吸附劑上均為優(yōu)惠吸附。改性納米黑碳對兩種重金屬的吸附能力大于鈉基膨潤土，Cu2+在兩種鈍化劑上的吸附能力大于Cd2+。
　　用0.01mol·L-1CaCl2在不同環(huán)境條件下對吸附了重金屬的兩種材料進行解吸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)

7、，溫度和鹽離子濃度對解吸率的影響不大，說明鈍化穩(wěn)定性受溫度和鹽離子濃度的影響不大；pH對解吸率的影響很大，隨著pH的降低解吸率迅速增大，說明土壤pH越高，鈍化穩(wěn)定性越強；土壤pH越低，鈍化穩(wěn)定性越差；土壤pH的變化對鈍化穩(wěn)定性影響很大。
　　將兩種鈍化劑實際應用于銅污染土壤修復中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施入改性納米黑碳后，三種土壤中有效態(tài)含量均在40天后無顯著變化，說明改性納米黑碳的鈍化穩(wěn)定性強。改性納米黑碳施入三種土壤中后，褐土中有效態(tài)的減

8、少最為迅速，10-20內(nèi)有效態(tài)含量減少最多，30天內(nèi)基本完成有效態(tài)的減少。棕壤中30-40天有效態(tài)含量減少最多，40天內(nèi)基本完成有效態(tài)的減少。酸性棕壤中10-30天內(nèi)有效態(tài)含量增加，有效態(tài)含量的減少主要發(fā)生在30-40天時。施入鈉基膨潤土后，棕壤和褐土中重金屬有效態(tài)含量均在40天后無顯著變化，說明鈍化穩(wěn)定性好。在酸性棕壤中，重金屬有效態(tài)含量變化無規(guī)律，說明鈍化穩(wěn)定性差。鈉基膨潤土施入三種土壤中后，褐土中有效態(tài)的減少最為迅速，10-20內(nèi)