论文部分内容阅读
农田土壤中重金属会对农作物和周围环境产生污染,且重金属污染一般呈多种元素的复合污染类型,以往研究主要集中于多种固化剂对重金属单一或复合污染土壤的单独修复效果,本论文以生物炭和KH2PO4为固化剂,采用单独和复合添加的方式,探究生物炭和KH2PO4两种固化剂联合施用对人工配制重金属复合污染农田土壤的修复效果和机理,考察固化剂的添加对重金属化学形态的影响,并研究不同重金属间的交互作用规律。本文以玉米秸秆为原料,在300、400、500℃三种温度下热解制备生物炭BC300、BC400、BC500,并对其进行理化性质检测和结构特性表征。利用生物炭吸附实验对比研究各生物炭对Hg2+、Cd2+、Pb2+离子的吸附潜力,对比三元溶液体系下重金属Hg2+、Cd2+、Pb2+离子间相互作用,根据实验结果选出合适的生物炭进行后续土体修复实验。通过土体培养实验和TCLP毒性浸出特性实验,研究生物炭和KH2PO4添加量对土壤理化性质和Hg2+、Cd2+、Pb2+化学形态的动态分布及浸出毒性的影响规律,分析生物炭固定重金属机理。本研究主要得到以下结论:(1)生物炭性质受到热解温度的影响。玉米秸秆生物炭p H值和灰分含量随着制备温度的升高而升高,EC和水溶性磷含量大小顺序为BC400>BC300>BC500,而比表面积和总孔体积大小顺序为BC300>BC500>BC400。三种生物炭均呈碱性,表面含有羟基、羧基、芳环等官能团和磷酸根、碳酸根等无机成分。(2)BC400吸附重金属效果最好,对金属离子吸附量大小顺序为Hg2+>Pb2+>Cd2+,且其对Hg2+和Pb2+最大吸附量远大于对Cd2+的最大吸附量。同时,Hg2+、Cd2+、Pb2+离子共存时存在竞争吸附作用,Cd2+的存在促进了Hg2+和Pb2+的吸附,Hg2+和/或Pb2+的存在抑制了Cd2+的吸附。(3)土体修复试验结果表明,无论在单一还是复合污染土壤中,生物炭对土壤理化性质和重金属形态分布的影响作用总体上大于KH2PO4。与CK相比,生物炭各处理组能提高污染土壤p H值、EC和有效磷含量,且增加量随着添加量的增加而增加;同时,随着培养时间的延长土壤p H值基本不变、EC升高、有效磷含量逐渐降低。KH2PO4的各处理组,除Pb单一和Hg-Cd-Pb复合污染土壤中有效磷含量随添加量升高而升高外,土壤p H值、EC、有效磷含量均基本不变;添加KH2PO4后随着培养时间的增加有效磷含量均逐渐降低。两者混合添加时,污染土壤性质随添加量和培养时间的变化规律与单独施加生物炭时一致。(4)生物炭和KH2PO4均能通过影响污染土壤中Hg、Cd、Pb的化学形态分布,从而降低其生物可利用性和可迁移性,且培养时间越长作用效果越明显。与CK相比,各处理组中残渣态含量随生物炭和KH2PO4添加量增加而增加,可交换态Hg含量基本不变,可交换态Cd、Pb含量随钝化剂添加量的增加而降低。此外,复合污染土壤中重金属离子间存在相互作用,Hg、Cd的存在促进了Pb的固定,Pb的存在降低了Hg、Cd的固定。两种钝化剂复合施用时增强了Pb的钝化效果,对Hg、Cd钝化效果无增强作用。(5)与CK相比,添加生物炭和KH2PO4钝化处理55 d后,各处理组的TCLP毒性浸出液中重金属浓度均低于标准阈值,其中Hg浓度基本不变,Cd、Pb浸出浓度均降低,降幅分别为6.65%-29.86%、7.64%-47.19%,混合施加两种钝化剂时对Cd、Pb浸出浓度的降低量具有加和作用。复合污染土壤中Pb的存在增加了Cd的活性,Cd的存在降低了Pb的浸出,而Hg的毒性浸出量不受土壤污染类型和处理方式的影响。