锰矿渣、改性污泥及其复合材料强化构树修复土壤镉污染研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mishier
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镉是一种典型的有毒重金属,人为活动是导致其进入环境的主要原因,可通过食物链又进入人体,土壤镉污染问题已严重威胁生态环境和人类健康。城市污水厂剩余污泥与锰矿渣是两种典型的固体废物,具有一定改良土壤的潜力。构树是一种繁殖快、抗逆性强的树种,对多种重金属具有抗性,是矿区植物修复的先锋树种。本研究以资源利用与生态修复为出发点,首先以城市污水处理厂剩余污泥与锰矿渣为原材料,通过限氧热解技术制备出三种材料,并将其应用到构树修复镉污染土壤的过程中,探究其对含镉土壤性质的影响,考察构树在添加复合材料的含镉土壤中的生长情况及对镉的生理响应。主要结果如下:1.利用污泥、污泥+锰矿渣和锰矿渣为原料制备了三种材料:热解污泥(SSB)、热解污泥和锰矿渣(Mn-SSB)以及热解锰矿渣(Slag),三种材料形貌特征明显、具有良好的官能团结构、比表面积以及孔隙度。SSB与Mn-SSB在420 min内可以去除大约19%的Cd2+,相同情况下Slag可以去除26%的Cd2+。对水溶性养分元素进行了测定,浸出3d后,SSB、Mn-SSB以及Slag的水溶性氮浓度为分别为 1.03±0.18 mg/g、0.45±0.014mg/g 以及 0.40±0.05 mg/g,水溶性磷浓度为 99.05±5.88mg/kg、69.94±0mg/kg 以及 57.46±5.88 mg/kg,浸出 7 d后水溶性氮含量增长了 22.3%、53.3%以及10.0%。Slag和Mn-SSB拥有更高的Mn元素浸出效果。2.在镉存在的情况下,施加SSB、Mn-SSB与Slag显著提高了土壤pH(p<0.05);施加SSB、Mn-SSB与Slag显著降低了土壤电导率(p<0.05);施加SSB、Mn-SSB与Slag显著提高了土壤有机碳含量(p<0.05),并且施加Slag时土壤有机碳含量均大于40 mg/g;施加SSB、Mn-SSB与Slag显著提高了土壤碱解氮的含量,提高的能力大小为SSB≈Mn-SSB>Slag,尤其是在1000 mg/kg的Cd2+下,施加SSB后碱解氮浓度达到了 0.44±0.01 mg/g;施加SSB、Mn-SSB与Slag显著提高了高镉浓度下土壤速效磷的含量(p<0.05),提高的能力大小为SSB>Mn-SSB>Slag,尤其是在1000mg/kg的Cd2+下,施加SSB后速效磷浓度达到了 0.61±0.06 mg/g;SSB与Mn-SSB显著降低土壤总镉含量(p<0.05),在高镉浓度下,Mn-SSB处理组的镉浓度比CK对照组降低了 21.16%。3.施加SSB与Mn-SSB对地上部分生物量影响并不明显,施加Slag后提高了地上部分生物量尤其是高镉浓度下的地上部分生物量,主要集中在6 g到13 g之间;CK对照组、SSB处理组和Mn-SSB处理组的地下部分生物量分布差别不明显,Slag处理组明显提高地下部分生物量,主要集中在2g到7g的范围内。施加SSB、Mn-SSB与Slag明显提高了构树的蛋白含量,Mn-SSB提高的最高且差异显著(p<0.05),但是在2000mg/kg的镉浓度下无明显差异(p>0.05);施加SSB、Mn-SSB与Slag降低了 MDA含量,提高了抗氧化性酶的含量(主要为SOD和POD),降低了构树的氧化损伤程度。SSB、Mn-SSB与Slag提高了无镉胁迫下的叶绿素含量。施加Mn-SSB显著降低了构树根、茎、叶中的Cd含量,施加SSB与Slag可以促进构树对Cd的富集。本研究利用污泥和锰矿渣联合构树进行土壤镉污染修复,研究成果能为构树修复土壤重金属污染提供理论指导,也为重金属污染场地修复提供新方案。
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