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水铁矿-腐殖酸共沉物修复镉和铅污染土壤的研究

北极星环境修复网  来源:天然有机质研究情报  作者:赵转军,徐苗苗  2020/2/17 11:53:04  我要投稿  

北极星环境修复网讯:“编者在19年12月25日文献情报关注到兰州大学资源环境学院赵转军副教授团队关于水铁矿-腐殖酸共沉淀修复镉和铅污染土壤的研究,特邀赵老师为本公众号撰写了该研究的亮点部分,一方面,丰富天然有机质研究领域,尤其是腐殖酸参与土壤重金属修复的研究领域;另一方面,希望该团队的研究成果能给关注者启发,从中获得灵感,促进天然有机质研究工作的开展。”

导读

Cd和Pb作为化学工业生产、采矿以及农业生产中重金属污染物之一,可在土壤中积累并达到毒性水平,从而导致土壤生态功能破坏等问题。目前常用的土壤重金属改良剂大多是通过提升土壤pH来固化土壤重金属,会影响土壤原始的理化性质。Fh-HA(水铁矿-腐殖酸)共沉物可以改善水体中重金属污染问题,但其作为土壤重金属改良剂对土壤环境质量的影响尚不明确。基于此,我们选择Fh-HA共沉物作为改良剂,研究并比较了有无Fh-HA共沉物存在时,土壤中Cd、Pb的化学形态和毒性特征浸出浓度、土壤酶活性以及土壤特性的变化,有望为重金属污染土壤提供环境友好的修复剂。

这项研究通过向Cd和Pb污染土壤中施加Fh-HA共沉淀物来进行稳定化处理,以获得修复剂/土壤比为0、3、5和10%(m/m)的样品。随后,将容器密封并在室温下保存2个月,处理结束后将每组处理过的样品分别用于化学分析和土壤酶活性分析。未添加修复剂的土壤样品作为对照样品。

加入Fh-HA共沉物后,土壤pH值随添加量(3%、5%和10%)分别略微增加(分别为7.68±0.03、7.69±0.03和7.74±0.02)。与使用海泡石、磷酸盐材料、碳酸钙、石灰和Fh作为改良剂相比,Fh-HA处理对土壤pH几乎没有影响。

土壤中Cd和Pb的总含量分别为152 mg/kg和1526 mg/kg,远远超过土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB 15618-2018)。下图显示了每个处理样品中Cd和Pb的化学形态以及TCLP-Cd和TCLP-Pb浓度的变化。当Fh-HA共沉物添加量为10%时,酸可溶态显着(p<0.05)降低了53.7%,可还原态,残渣态和可氧化态含量均显着(p<0.05)增加到38.4、48.6和5.5 mg/kg。同时,土壤中TCLP-Cd浓度显着下降(p<0.05)。在10%添加量下降低了50.7%。

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▲Fh-HA共沉物处理前后土壤中Cd (a)和Pb (b)化学形态的变化(来源:Elsevier)

当添加量为10%时,酸可溶态Pb和可还原态Pb(p<0.05)从167和1016 mg/kg分别降至92.4和789 mg/kg。同时,可氧化态河残渣态Pb含量分别从51.9 mg/kg和291 mg/kg增加到96.7 mg/kg和547 mg/kg(p<0.05)。土壤中TCLP-Pb浓度显着(p<0.05)降低至0.62 mg/L,减少约74.8%(处理60天后)。

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▲Fh-HA共沉物处理前后土壤中TCLP-Cd (a)和TCLP-Pb (b)浓度的变化(来源:Elsevier)

随着共沉淀物的添加量的增加,尿素酶活性、过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性均显着增加(p<0.05)。

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▲不同Fh-HA共沉物添加量处理后土壤脲酶(a),过氧化氢酶(b),蔗糖酶(c)和碱性磷酸酶(d)活性的变化(来源:Elsevier)

下表显示了不同浸提条件下土壤酶活性与Cd和Pb含量之间的相关系数。Cd和Pb的浸出率与脲酶和过氧化氢酶活性呈显著负相关(p<0.05),酸可溶态Cd与过氧化氢酶活性呈极显著负相关(p<0.01)。另外,仅TCLP-Pb与碱性磷酸酶活性呈显著负相关(p<0.05)。

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土壤酶活性与可浸出Cd/Pb的相关性(来源:Elsevier)

共沉物处理将Cd和Pb的不稳定形态转化为稳定形态,并降低了TCLP-Pb和TCLP-Cd浓度。土壤酶活性的增加表明共沉物处理后土壤的代谢有所改善。这主要与Cd和Pb的生物利用度降低有关。

原标题:【视点】水铁矿-腐殖酸共沉物修复镉和铅污染土壤的研究

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