Cd-Pb污染土的螯合强化植物修复与重金属渗漏风险研究

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螯合强化植物提取修复技术是一种具有良好应用前景的土壤重金属修复技术,研究其修复效果及修复过程由降雨引起的螯合态重金属渗漏迁移风险具有重要的意义。本文以Cd-Pb污染土为背景,以6种常用螯合剂为研究对象,通过螯合剂动态活化实验对螯合剂进行筛选;进一步以筛选出的典型螯合剂为对象,通过植物栽培-螯合强化和降雨淋滤实验研究螯合强化及其作用时间对典型植物(玉米、印度芥菜)提取修复效果与重金属淋滤的影响;最后以螯合态重金属为对象,通过螯合态重金属吸附实验及土柱迁移实验研究其在下包气土壤带迁移的吸附与弥散参数,进一步构建其在下包气带迁移的对流-弥散模型方程(CDE)数学模型,进而对螯合态重金属在下包气带的迁移进行模拟、预测和评价其对地下水污染的风险。得到以下主要研究成果:(1)常用螯合剂动态活化实验结果研究表明:据Cd、Pb污染土中水溶态重金属的动态变化特征,可以将6种螯合剂分为三种类型:活化能力强-衰减缓慢型(EDTA)、中等活化能力-衰减显著型(GLDA、DTPA、NTA)、低活化能力型(EDDS、CA);其中GLDA、DTPA活化下,水溶态Cd浓度最大值分别为EDTA的0.56和0.58倍,半衰期分别是12天和25天,水溶态Pb浓度最大值分别为EDTA的0.62、0.73倍,半衰期分别是15和12天,因此认为GLDA、DTPA具有较好的活化能力与一定的衰减变化(半衰期),可以作为Cd-Pb污染土活化较为适宜的螯合剂。(2)植物栽培-螯合强化实验研究表明:玉米对两种螯合剂(GLDA、DTPA)及重金属(Cd、Pb)均表现出耐性,印度芥菜在GLDA活化第16天受到毒害作用,生物量为对照组的0.41倍;螯合活化第3天,植物重金属提取能力基本达到较高的状态,随螯合种植时间的延长(螯合活化第16天),或者生物量提高但重金属含量降低,或者螯合剂毒性显现生物量大幅下降,最后重金属提取量增高不大(DTPA-玉米、印度芥菜),甚至大幅下降(GLDA-印度芥菜);DTPA与GLDA对Cd的促进提取效果较弱,主要表现为促Pb提取,其中GLDA-印度芥菜条件下,促Pb提取能力最强,提取量为对照组的17.07倍。(3)植物栽培-螯合强化-淋滤实验结果表明:螯合剂活化第3天和第16天,与对照组相比,两种植物GLDA、DTPA螯合活化条件下,均大幅增加Cd、Pb淋出总量;螯合活化第3天,淋出总量表现为印度芥菜>玉米,其中DTPA-印度芥菜条件下Cd的淋出量最大,为土壤总量的13.6%,GLDA-印度芥菜条件下Pb的淋出总量最大,为土壤总量的11.2%;螯合活化第16天淋出总量明显低于第3天,且GLDA条件下Cd、Pb淋出总量降低比例更大,玉米种植时分别是DTPA的1.93和1.09倍;降雨初期引起的重金属迁移更为明显,两种植物条件下,GLDA、DTPA螯合活化,最大淋出浓度点均出现在第一个降雨收集点;淋滤液Cd、Pb浓度随降雨量的增加呈指数下降或线性下降趋势,拟合优度R2均大于0.81。(4)DTPA螯合态重金属下包气带迁移的数学模型构建与迁移预测结果表明:螯合态Cd、Pb在土壤中的吸附等温线均服从线性吸附模型,DTPA-Cd(Pb为背景)及DTPA-Pb(Cd为背景)的弥散系数分别为0.009415和0.00659 m2?d-1;玉米、印度芥菜修复条件下,螯合活化第3天和第16天,第1个修复周期Cd迁移距离为2.4-2.6 m,Pb迁移距离为2.5-2.8 m,均无地下水污染风险,在第3个修复周期出现污染地下水风险,Cd迁移距离为5.4-5.8 m,Pb迁移距离为6.0-6.2 m(当地地下水埋深5 m),地下水污染风险大小为:印度芥菜>玉米;螯合活化第3天>螯合活化第16天。
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