污泥高温处理渣与植物联合修复电子废弃物拆解地重金属污染土壤研究

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我国早期电子废弃物的不规范拆解造成了拆解地土壤重金属污染和植被破坏等生态环境问题,土壤依靠自身条件很难快速地进行植被恢复。污泥高温处理渣是污泥无害化的产物,可用作土壤改良剂和重金属钝化剂,这既实现了污泥资源化利用,也为加速土壤植被恢复提供了有利条件。本文首先以两种污泥高温处理渣(热解渣和好氧发酵渣)为研究对象,分析了理化性质、有机质和矿物组成;然后以浙江台州市某电子废弃物拆解场地土壤为研究对象,通过盆栽试验,筛选出能在土壤中良好生长的植物;基于筛选结果,继续通过盆栽试验,研究了施加两种污泥高温处理渣对土壤性质和植物生长的影响;最后通过毒性浸出(Toxicity characteristic leaching procedure,TCLP)和模糊数学方法,评价了土壤重金属的修复效果和土壤改良的综合效果。主要结果如下:(1)针对两种污泥高温处理渣,进行理化参数测定及红外光谱、三维分子荧光光谱和X射线衍射表征,结果发现:污泥发酵渣偏酸性,其溶解性有机质中检测到类富里酸和类胡敏酸物质,其电导率、有机质、有效磷、速效钾、全氮含量和含氧官能团的红外吸收峰强度均高于热解渣;热解渣偏碱性,主要含有SiO2、AlPO4和K(FeAl)2(SiAl)4O10(OH)2晶相,其溶解性有机质中检测到类胡敏酸物质,其碳氢比和重金属含量均高于发酵渣;两种污泥高温处理渣中均存在有利于重金属稳定的含氧官能团、芳环结构和腐殖质成分,两者的pH、含水率、有机质和重金属含量满足《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(GB/T 24600—2009)的要求。(2)针对电子废弃物拆解场地土壤,布置盆栽试验(30天),观察黑麦草(Lolium perenne Linn.)、香根草(Vetiveria zizanioides(Linn.)Vach)、上海青(Brassica chinensis Linn.)、韭菜(Allium tuberosum Rottler ex Spreng.)、苋菜(Amaranthus spinosus Linn.)、荆芥(Nepeta cataria Linn.)、海州香薷(Elsholtzia splendens Nakai ex F.Maekawa)、苦苣菜(Sonchus oleraceus Linn.)、荠菜(Capsella bursa-pastoris(Linn.)Medic.)和蒲公英(Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.)的生长情况。结果发现:韭菜、苋菜、荆芥等七种植物的出芽数量少、生长缓慢或呈病态生长。黑麦草、香根草和上海青的出芽数量多、生长状态良好,可作为该污染场地植被恢复的先锋植物。(3)针对电子废弃物拆解场地土壤,布置盆栽试验(45天),探究施用两种污泥高温处理渣对土壤性质、重金属迁移转化和植物(黑麦草、香根草、上海青)生长的影响。结果发现:总体来看,与对照相比两种污泥高温处理渣改善了土壤质量,显著(P<0.05)提高了土壤电导率(32%~218%)、阳离子交换量(33%~84%)、有机质(17%~36%)、有效磷(142%~245%)和速效钾(40%~96%)含量,提高了土壤Cu(14%~20%)、Zn(9%~20%)、Pb(10%~18%)和Cd(6%~11%)的稳定态比例;促进了植物生长,显著(P<0.05)提高了植物鲜重(32%~101%)、株高(18%~30%)、磷吸收(33%~48%)和钾吸收(22%~45%);显著(P<0.05)降低了植物Cu(8%~34%)、Zn(5%~12%)、Pb(17%~32%)和Cd(30%~38%)的富集量,抑制了植物转运重金属至地上部的能力;土壤中检测到新的重金属晶相,土壤溶解性有机质中检测到腐殖质成分。(4)针对两种污泥高温处理渣与植物修复后的土壤,通过毒性浸出试验(TCLP)和构建模糊隶属函数,评价了重金属的修复效果和土壤改良的综合效果,结果发现:两种污泥高温处理渣降低了Cu(11%~19%)、Zn(8%~20%)、Pb(7%~15%)和Cd(5%~17%)的TCLP浸出量,但仍超过我国《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中规定的IV类指标。总体来看,发酵渣对土壤改良的综合效果优于热解渣。综上,黑麦草、香根草和上海青可作为电子废弃物拆解场地土壤植被恢复的先锋植物。虽然两种污泥高温处理渣在性质和土壤改良效果上存在差异,但均在一定程度上促进了土壤质量改善、重金属稳定和植物生长,具备与植物生态修复电子废弃物拆解污染土壤的应用潜力。由于修复后的重金属TCLP浸出量仍然超过我国《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中规定的IV类指标,因此需进一步研究。
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