煤气化渣对Pb、Cd污染土壤植物修复作用及迁移规律的影响

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由于气化废渣中拥有大量的可利用资源,简单地将其堆积也将造成巨大的资源浪费。现有的研究普遍将煤气化渣用于建筑领域,对废渣的处理杯水车薪。而针对煤气化渣具有丰富的碳元素、良好的吸附性能等特性而将其用于土壤污染修复等环境领域方面的研究相对很少。本文研究了煤气化渣的微观结构,分析了煤气化渣的组成;利用室内盆栽实验,研究了煤气化渣对铅、镉胁迫下对黑麦草生长及铅、镉富集与转运的影响;并通过吸附热力学试验探讨了煤气化渣的加入土壤中对铅、镉吸附特性的影响,结合土柱实验,应用HYDRUS-1D软件预测了铅、镉在土壤中的运移行为,主要研究结论结论如下:1、煤气化渣主要由Si O2、Al2O3、Ca O和未气化反应完全的碳组成。三种主要氧化物的含量达到了86.27%,酸性氧化物含量超过70%,具有很大的比表面积,元素分析结果显示并未含有重金属元素。2、煤气化渣的加入对重金属胁迫下黑麦草的生长具有促进作用,在Cd、Pb不同胁迫下,出苗率的最大增长率分别为21.2%、6.9%;在不同浓度Cd污染下黑麦草株高、分蘖数、植株总重较对照组最大增长率分别达到了14.0%(25 mg/kg),49.9%(50mg/kg),113.2%(25 mg/kg);在不同浓度的Pb污染下黑麦草株高、分蘖数、植株总重较对照组最大增长率分别达到了23.3%(500mg/kg),60.9%(300mg/kg),91.4%(200mg/kg)。在渣/土质量比为1:4条件下加入的煤气化渣可显著提高了黑麦草对重金属的吸收与转运,对Cd、Pb的TF值分别增加了16.2%-155.0%、10.7-120.2%,根BCF值分别增加了9%-16%、31.9%-101.1%。3、在煤气化渣/土质量比为1:4的吸附热力学试验中,土样对重金属的吸附平衡浓度随着重金属溶液浓度的增大而增大,对不同浓度重金属的吸附分配系数随着溶液浓度增大而减小。加入煤气化渣显著增加土壤对重金属的吸附,较对照组不同浓度重金属(Cd、Pb:5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L)吸附分配系数增加了984.72、582.61、138.59、37.34、71.23-(Cd);76.57、74.9、54.14、46.77、46.29-(Pb)。用Langmuir、Freundlich能够得到很好的将实验数据拟合,相关系数均在0.9以上。4、由土柱实验得到的不同土样的弥散系数分别为3.82cm2/min(对照组),2.62 cm2/min(实验组:煤气化渣/土质量比为1:4),弥散度分别为62.47cm,43.80cm。Cd在土壤中迁移行为的实测值与模拟值的RMSE值原土样为:0.1043;煤气化渣+土样:0.0544,Pb在土壤中迁移行为的实测值与模拟值的RMSE分别为:0.0267,0.0389;用HYDRUS-1D能够较好的模拟重金属的运移。同时以一年时长预测了重金属(Cd:100mg/kg;Pb:300mg/kg)从土壤表面下渗至100cm深度的运移过程,在原土样中100cm深处时Cd浓度低于《土壤环境质量标准》规定的三级污染标准,而加入煤气化渣后土样(煤气化渣/土的质量比为:1:4)100cm处Cd浓度低于二级标准;加入煤气化渣后Pb在100cm处的浓度由0.0799 mmol/cm3降到了0.0589 mmol/cm3,远小于国家规定的二级标准(300mg/kg)。
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