磷酸盐及石灰协同处置含铅污染土壤稳定化研究

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近年来,土壤重金属污染已成为世界性环境问题。在树立“绿水青山就是金山银山”的强烈意识,努力走向社会主义生态文明新时代的新背景下,寻求一种快速、高效、绿色、经济的土壤重金属修复方法成为环保工作者所面临的巨大挑战。在众多修复技术中,固化/稳定化修复技术因其快速、高效、经济等优势成为现在重金属污染场地的研究热门。本研究通过磷酸盐及石灰两种稳定化药剂协同处置含铅污染土壤,从可行性、经济性及对植株生长影响等方面出发,探求一种可大规模工程运用的复配药剂。主要研究内容及研究结论如下:(1)石灰及磷酸二氢钠处置含铅污染土壤的研究中表明,两种药剂的施加均能提高土样铅的稳定效率,石灰处置后的土样铅最大稳定效率为85.55%,磷酸二氢钠处置后的土样铅最大稳定效率达97.67%;BCR形态分析表明,磷酸二氢钠的施加能使酸可提取态铅含量减少达27.91%,残渣态铅含量增加达40.58%,即使土壤铅由活泼态向稳定态转化提高了土壤铅的稳定性,而石灰的施加未明显改变土壤铅的形态;X-射线图谱分析表明,磷酸二氢钠施加后的土样有Pb(H2PO42、Pb4O(PO42、Pb9(PO46等物质生成,石灰施加后的土样有CaPbO4、Pb3Cl4(OH)2等物质生成;BET测试发现石灰的施加能有效提高土样的吸附能力;SEM观察发现药剂施加后土样表面更为平整,结构较为致密;等温吸附模型实验发现Pb2+对石灰的吸附符合Freundlich等温吸附模(R2=0.984)。在探究最佳复配比例实验中,根据《生活垃圾填埋场污染控制标准》中0.25 mg/L的最高浓度限值为评估指标,确定了磷酸二氢钠和石灰的最优复配配方:磷酸二氢钠及石灰配比为1:6,施加量4%。在长效性实验中发现115d内土样铅浸出浓度波动极小,浸出浓度为0.194±0.016 mg·L-1,即最优复配配方处置后的土样有较好的稳定性,因此采用磷酸二氢钠及石灰协同处置含铅污染土壤是可行的,且具有一定潜在应用价值。(2)在探究污染土壤铅生物有效性的研究中,首先采用PBET法及SBET法测定5组土样铅的生物有效性表明,两种方法测定的生物有效性在数值上差异较小,5组土样的生物有效性为55.55%109.16%,土样中铅的含量与其生物有效性没有明显的相关性,且SBET法较PBET法测定的生物有效性更为保守;反应条件对生物有效性的影响探究中表明,保留时间、反应温度、土液比及模拟胃液pH对土样生物有效性均有一定影响,且模拟胃液pH对土样生物有效性影响最大;磷酸二氢钠、石灰及C药剂的施加均能降低土样铅的生物有效性,且三种药剂对土样生物有效性的影响:C药剂>磷酸二氢钠>石灰。(3)利用盆栽实验探究土壤铅浓度及稳定化药剂施加对胡豆生长的影响结果表明:土壤铅含量在0ppm2500ppm间对胡豆生物量影响较小,对胡豆吸收重金属铅影响较大,且各器官重金属铅含量为根>胚壳>叶>茎;土样铅浓度对胡豆各器官富集系数及转移系数均存在一定差异,且胡豆各器官富集系数整体表现为根>胚壳>叶>茎,转移系数并未与土壤铅浓度表现出相关性。磷酸二氢钠及石灰施加后对胡豆生物量有一定的影响,且磷酸二氢钠>石灰,而C药剂施加对胡豆生物量影响较小;三种药剂施加后均抑制根部对铅的吸收,且抑制作用:C药剂>磷酸二氢>石灰。药剂的施加均能影响胡豆各器官对铅的富集系数及转移系数,磷酸二氢钠的施加能提高胡豆叶、茎对铅的富集系数,降低胚壳及根部的富集系数;而石灰及C药剂的施加能降低胡豆各器官对铅的富集系数,三种药剂的施加均提高了胡豆对铅的转移系数。综上可知,采用磷酸二氢钠及石灰协同处置含铅污染土壤能有效降低土样铅在环境中的迁移性及潜在毒性,降低铅的生物有效性,且该药剂施加后的土壤对胡豆生长影响较小,能抑制胡豆对土样铅的吸收,优于单一施加磷酸二氢钠及石灰。
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