生物炭复合沸石修复钨矿区重金属污染农田土壤的研究

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赣南钨矿是典型的多金属伴生矿,常伴随着镉、铅、砷等多种重金属元素的释放和迁移,形成多种重金属污染的复杂环境,这些释放的重金属对人体健康造成极大的威胁,同时钨的生态安全性使得钨污染治理也成为了研究的重点。生物炭和沸石作为钝化剂广泛用于修复重金属污染土壤,但还少有对二者联合修复的研究,为扩宽复合钝化剂的应用广度,探究生物炭配施沸石修复赣南钨矿区周边农田土壤重金属污染的可行性,本文在基于前期研究生物炭(BC)、沸石(ZE)及其混合配施(CO)对钨矿区周边土壤重金属稳定化处理的基础上,选用同样的修复材料,将Cd、Pb、W作为目标污染物,通过淋溶实验,进一步探讨在酸雨条件下,钝化剂的输入对重金属形态和迁移性的影响;通过盆栽实验,探究钝化剂对土壤理化性质、土壤酶活性、蔬菜重金属富集量以及生物量的影响,为开发新的复合材料修复钨矿区钨及其他伴生重金属污染土壤的应用提供理论依据,并得出主要结论如下:(1)生物炭配施沸石能有效提高酸雨条件下淋溶液p H和淋溶土壤p H,分别使得淋溶液p H和淋溶后土壤p H平均增加了0.58和0.16个单位。生物炭配施沸石能有效降低淋溶液Cd、Pb、W的累积淋溶量,并且在模拟酸雨p H=4.5和p H=5.8时,CO处理对Cd和Pb累计淋溶量降低效果最为明显,相较于空白分别降低了32.1%、38.0%和36.0%、32.7%。W和Cd、Pb不同,土壤p H值对W迁移率有很强的控制作用,在模拟酸雨p H=3.1条件下,钝化剂对W淋溶总量均无显著影响,在p H=4.5和p H=5.8时,BC处理使得W淋溶总量增加了42.3 ug·L-1、53.8 ug·L-1,但CO处理使得W淋溶总量降低了6.0 ug·L-1和7.1 ug·L-1。表明生物炭联合沸石可以弥补单独施用生物炭的风险,更能在Cd、Pb、W同时污染时发挥作用。(2)生物炭配施沸石有效的提高了土壤肥力,并且其作用效果明显大于单独添加ZE的,使得p H平均提高了0.02~0.49个单位,使得阳离子交换量、有机质、有效磷、速效钾增加了5.0%~9.3%、30.9%~42.0%、6.6%~42.3%、3.5%~15.8%。生物炭配施沸石有效的提高了土壤酶活性,使得土壤脲酶活性增加了2.6%~31.6%,土壤过氧化氢酶活性增加了1.37%~14.24%,但对土壤蔗糖酶活性无明显作用效果,针对土壤蔗糖酶单独添加BC和ZE作用效果更明显。(3)生物炭配施沸石有效的增加了蔬菜生物量,在无肥条件下使得蔬菜株高增加了5.3%~30.0%,根长增加了2.9%~35.5%,生物量增加了22.6%~40.2%,但对于茼蒿,添加钝化剂均不利于其生长。在有肥条件下,除小白菜外,CO对蔬菜的作用效果均大于单独添加BC和ZE的,使得蔬菜生物量增加了14.6%~33.3%。(4)生物炭配施沸石有效的降低了蔬菜中Cd、Pb、W富集量,使得4种蔬菜地上部分Cd、Pb、W的富集量分别降低了12.1%~53.3%、3.4%~65.9%、12.4%~41.9%。实验表明单独添加BC促进了部分蔬菜中W的富集,使得小白菜地下部分W富集量增加了36.9%,表明单独添加BC会对特定重金属污染造成威胁,CO可能是同时修复土壤Cd、Pb、W的最佳修复措施,BCR形态提取进一步证实,CO能将Cd、Pb、W从活泼形态转化为稳定形态,使得Cd、Pb、W残渣态增加了17%、5%、6%。
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