重金属污染土壤的有机—无机复合体原位钝化修复技术研究

论文摘要

随着土壤重金属污染的日益加剧,重金属污染土壤的修复已成为当前研究的热点问题。原位固定方法在成本和时间上能更好地满足重金属污染土壤修复要求,适用于由于农业活动引起的程度较轻的面源污染,尤其是复合污染土壤的治理。然而,原位固定技术在应用中仍然存在一些问题。首先,目前所使用的固定剂大多是化学合成的,容易对环境造成二次污染。其次,一个根本性的问题并没有得以解决,那就是金属离子依然还存留在土壤环境中,并可能随着环境条件的改变,生物有效性也可能变化。第三,虽有研究将天然有机物料和粘土矿物混合施入土壤达到了固定土壤中重金属的目的,但作为一项成功的修复技术广泛地应用于实践,必须有科学的技术参数和商品化的固定剂。目前,国内大多数的研究中,对添加物的具体施用方式的研究尚未深入展开。本论文立足于土壤重金属污染治理的热点及难点问题,用本实验室制备的有机-无机复合体钝化土壤中重金属,通过培养试验研究有机-无机复合体对重金属钝化能力;通过模拟实验研究影响有机-无机复合体钝化能力的主要因素;通过盆栽试验研究有机-无机复合体钝化修复重金属在土壤中的应用技术。为发展实用、经济、安全的重金属污染土壤修复技术提供理论依据,对于推动土壤污染治理的深入发展具有重要的理论意义和现实意义。本文获得主要研究结果如下:1.有机-无机复合体可显著降低褐土和潮土中DTPA提取态Cu的含量,对Cd没有显著的固定作用。在修复Cu、Cd复合污染的褐土和潮土中,也呈现相似规律。有机-无机复合体对酸性棕壤中的重金属Cu、Cd没有明显的固定作用。有机-无机复合体修复重金属污染土壤有一定的适用范围。2.有机-无机复合体处理使潮土的pH值略有提高;显著提高了褐土的pH值,而对酸性棕壤的pH值没有影响。提高土壤pH值,有利于降低土壤中DTPA提取态Cu含量,并可以有效地提高可变负电荷的数量,可能是有机-无机复合体原位固定修复重金属污染土壤的机理之一。3.从修复效果及经济等因素综合考虑,有机-无机复合体在治理褐土、潮土中Cu污染时最佳施入量为土重1.5%;最佳土壤含水量为最大持水量的70%;包施和混施处理均能达到原位固定重金属Cu的效果,不同的添加方式处理间没有显著差异,为了将重金属从土壤中彻底去除,选择包施作为最佳处理方式;没有种植黑麦草时,在距离复合体20 cm处,土壤中有效态Cu含量最低。种植黑麦草时,在有机-无机复合体的吸附下,重金属Cu的理想迁移距离达30cm。4.按最佳施用参数施用有机-无机复合体,其能使黑麦草地上部生物量显著增加,并明显降低黑麦草地上部铜的浓度。包施和混施处理间无显著性差异。综上所述,本实验室制备的有机-无机复合体对褐土和潮土中Cu有较好的固定能力,能显著降低黑麦草体内Cu的含量,并且包施和混施处理之间差异不显著,可采用包施处理,将重金属从土壤中彻底去除。有机-无机复合体修复重金属污染土壤有一定的适用范围,重金属的种类、土壤的成土母质等是主要影响因素。这是发展实用、经济、安全的重金属污染土壤原位固定修复技术的重要理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题的意义
• 1.2 研究目的
• 1.3 研究的内容与方法
• 1.4 主要创新之处
• 2 原位固定修复重金属污染土壤的国内外研究
• 2.1 重金属污染土壤的原位固定治理技术
• 2.1.1 原位固定治理技术的提出
• 2.1.2 原位固定治理技术应用的主要限制因素
• 2.2 固定剂对土壤中重金属活性的影响
• 2.2.1 无机固定剂对土壤中重金属活性的影响
• 2.2.2 有机固定剂对土壤中重金属活性的影响
• 2.2.3 有机-无机复合固定剂对土壤中重金属活性的影响
• 2.3 固定剂在治理重金属污染中的应用
• 2.3.1 固定剂在水处理中的应用
• 2.3.2 固定剂在修复重金属污染土壤中的应用
• 2.4 总结
• 3 不同固定剂对土壤中Cu、Cd 活性的影响
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 供试材料
• 3.2.2 仪器和设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同固定剂对土壤中DTPA-Cu 含量的影响
• 3.3.2 不同固定剂对土壤中DTPA-Cd 含量的影响
• 3.3.3 不同固定剂对Cu、Cd 复合污染土壤中重金属活性的影响
• 3.3.4 讨论
• 3.4 小结
• 4 有机-无机复合体对土壤中重金属的原位钝化能力的影响因素
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 供试材料
• 4.2.2 仪器和设备
• 4.2.3 研究方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 有机-无机复合体施入量对土壤中重金属固定能力的影响
• 4.3.2 土壤含水量对有机-无机复合体对土壤中重金属固定能力的影响
• 4.3.3 有机-无机复合体的施入方式对土壤中DTPA-Cu 含量的影响
• 4.4 小结
• 5 有机-无机复合体对植物吸收Cu 的影响
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 供试材料
• 5.2.2 仪器和设备
• 5.2.3 研究方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 有机-无机复合体施入位置对土壤重金属钝化能力的影响
• 5.3.2 施入复合体对黑麦草生长的影响
• 5.3.3 施入有机-无机复合体对黑麦草吸收Cu 影响
• 5.4 小结
• 6 全文结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的课题
• 致谢