土壤重金属砷的原位固化稳定修复研究

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土壤中重金属砷含量达到一定浓度时就会对地下水及动植物生长造成巨大危害。全球范围内每年向土壤中输入砷9.43104 t,土壤重金属As的修复问题已经引起了全球范围内的关注。  本研究以人工模拟的砷污染土样为研究对象,以聚合硫酸铝铁、聚合氯化铝铁、氯化钙、磷酸亚铁铵为固化剂,对土壤中的砷进行固化处理。通过室内土壤培养,研究固化剂对土壤理化性质、As形态、As的浸出毒性浓度的影响及对不同As污染程度的修复效果,同时通过盆栽实验研究固化剂对小白菜、空心菜吸收砷的影响并分析聚合氯化铝铁对固定砷的稳定化机理,筛选出合适的固化剂。主要研究结论如下:  (1)土壤中As会发生物理化学变化,转化成不同形态:残渣态>可交换态>铁锰氧化物结合态≈碳酸盐结合态>有机结合态。残渣态砷含量所占比例为36.51%~38.53%,可交换态所占比例为26.03%~28.53%,铁锰氧化物结合态所占比例为11.15%~15.41%,碳酸盐结合态所占比例为11.52%~14.69%,有机结合态所占比例为8.50%~9.99%。  (2)确立了不同砷污染程度和浸出毒性浓度之间的关系:y=1.2727x-1.649,R2=0.9889,且在0~40倍砷污染土壤中具有普遍适用性。  (3)通过对聚合硫酸铝铁、聚合氯化铝铁、氯化钙、磷酸亚铁铵进行快速固化效果筛选,发现聚合氯化铝铁有良好的固化效果。因此选用它作为固化剂。当添加1%的聚合氯化铝铁时,能使10倍砷污染土壤的浸出毒性浓度降到GB5085.3-2007标准中5mg/L以下;能使土壤可交换态砷含量显著降低,铁锰氧化物结合态,有机结合态及残渣态含量含量增加,但碳酸盐结合态变化不大。  聚合氯化铝铁能显著降低污染土壤浸出液中As5+/As3+的含量,以添加了2%的聚合氯化铝铁中以水作为浸提剂为例,结果发现浸出液中不含有As5+。  盆栽实验发现添加了1.5%、2%的聚合氯化铝铁之后,小白菜和空心菜的种子就会腐烂,不会发芽;添加了1%的固化剂能够降低空心菜和小白菜可食用部分的砷含量,但生长缓慢。经过验证可以得出:空心菜和小白菜死亡的原因是固化剂本身所含的氯离子过高而引起的。  (4)以添加聚合硫酸铁对砷的浸出毒性有明显的作用,但对可溶性砷含量几乎无影响。添加1%的聚合硫酸铁对土壤的酸性缓冲容量影响不大且使浸出毒性浓度降到5mg/L以下。进一步研究了不同砷污染程度和聚合硫酸铁添加比例的关系式为:y=0.057x-0.0709。  磷的存在会影响到聚合硫酸铁对As的固定,因此以磷酸二氢钾为外源磷引进,以添加不同P/As摩尔比来研究1%的固化剂的固化效果,结果发现P/As摩尔比越大,固化效果越差。
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