乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸与茶皂素修复铅污染土壤效果研究

摘要

本文首先以广州大学城中心湖旁一原始土为条件实验对象，于实验室模拟出高浓度铅污染土壤，测定其土壤理化性质及各形态铅含量。然后选择乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)、柠檬酸与茶皂素进行淋洗实验，得出包括反应时间、反应pH、淋洗剂浓度、复配比等淋洗修复的最佳条件，合理优化修复方案。最后采集韶关翁源上坝村污染土壤，采用确定的最佳淋洗条件，对该土样进行淋洗修复，观察三种淋洗剂对实际铅污染土壤的修复效果。该研究结果对土壤重金属污染的综合治理具有一定的参考价值。本文的主要研究结果有:
　　1.广州大学城条件实验土壤为红壤，土壤Pb初始含量为:141.513 mg/kg，土壤pH为4.56,有机质含量36.585 g/kg，阳离子交换量为18.303 cmol/kg，风干后含水率3.50％，砂粒土含量15.80％，粉粒土含量43.48％，粘土含量15.72％，孔隙度54.14％，说明模拟受污染土壤为酸性土壤，肥力、质地适中，保水保肥能力、透水性都较好，比较适合进行淋洗修复的条件实验。添加硝酸铅后的模拟污染土壤Pb全量1883 mg/kg，采用改进BCR连续提取的方法测得Pb的弱酸提取态含量为845.612 mg/kg;可还原态的含量为613.627 mg/kg;可氧化态的含量为188.508 mg/kg;残渣态的含量为96.326 mg/kg。
　　2.条件实验结果表明，最佳的实验条件为，反应时间12h，反应pH为4.5,Na2EDTA和柠檬酸的反应浓度均为0.03 mol/L，而茶皂素为2％。对反应时间与解吸量的数据进行解吸动力学分析，Na2EDTA和柠檬酸的最佳回归模型为双常数方程，回归系数R2、标准误差SE分别为0.90322、0.00460和0.82568、0.00930，说明其解吸大致符合非均相扩散过程。反观茶皂素，它在四种回归方程的相关系数都为负数，说明拟合效果较差。
　　3.模拟污染土壤中Pb主要以弱酸提取态和可还原态存在，分别占了污染土壤中Pb全量的44.91％和32.59％，用Na2EDTA淋洗后分别降为14.05％和10.67％;用柠檬酸淋洗后分别降为15.93％和17.08％;用茶皂素淋洗后分别降为17.40％和18.43％。可氧化态和残渣态变化相对较少。淋洗前约占全量的10.01％和5.12％，用Na2EDTA、柠檬酸和茶皂素淋洗后分别变为5.48％、2.73％和7.75％、3.13％与8.71％、4.14％。将三种淋洗剂按照不同比例进行混合复配，Na2EDTA与柠檬酸复配和Na2EDTA与茶皂素在不同复配比淋洗，都能有较高的修复能力，且均在复配比为5∶5的时候达到最大，分别为87.96％和81.49％。而柠檬酸和茶皂素的复配解吸率都保持在50％-60％，且当柠檬酸的含量增大时，解吸率逐渐增大，在7∶3的时候逐渐平缓并得到最大值，为56.53％。综上所述，在相同修复的条件下，Na2EDTA的络合能力在三种淋洗剂中最强，柠檬酸的修复能力第二，表面活性剂的茶皂素相对最弱。考虑到能达到减少Na2EDTA的用量，Na2EDTA与柠檬酸的最佳复配比为3∶7;又因为茶皂素的成本较高，因此Na2EDTA与茶皂素的最佳复配比为5∶5;由于柠檬酸的成本相对茶皂素较低，因此柠檬酸与茶皂素的最佳复配比9∶1。
　　4.韶关翁源县上坝村实际污染区中Pb、Zn、Cu、Ni和Cd五种重金属除了Cd，单因子污染指数均超过3,内梅罗综合污染指数为5.02,表明采样片区的重金属污染达到重度污染的程度。污染土壤中不同形态铅的含量由大到小排列为:残渣态＞可还原态＞弱酸提取态＞可氧化态。采用条件实验得出的最佳条件，对实际污染土壤进行淋洗修复，含有Na2EDTA的用剂对土壤中Pb全量的解吸较好，而茶皂素和柠檬酸对实际污染土壤的修复效果较模拟污染土壤差。Na2EDTA、Na2EDTA和柠檬酸复配、Na2EDTA和茶皂素复配都是较理想的修复方案。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 土壤与重金属污染

1．1．1 土壤中的重金属及其来源

1．1．2 土壤中重金属污染的危害

1．2 重金属铅的基本理化性质

1．3 重金属污染的土壤修复

1．3．1 重金属污染土壤的化学修复

1．3．2 化学淋洗修复

1．3．3 淋洗修复中的络合反应

1．3．4 淋洗剂的种类

1．4 化学淋洗修复的应用

1．5 影响化学淋洗修复的因素

1．5．1 土壤的性质

1．5．2 重金属的性质

1．5．3 淋洗剂的性质

1．6 课题研究的内容与意义

1．6．1 课题研究的内容

1．6．2 课题研究的目的和意义

1．6．3 课题研究的技术路线

第二章 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 供试土壤

2．1．2 供试试剂

2．1．3 供试仪器

2．1．4 模拟污染土壤样品制备

2．2 实验方法

2．2．1 土壤重金属的全量测定

2．2．2 土壤重金属形态分析

2．2．3 振荡解吸实验

2．2．4 淋洗剂复配实验

2．3 土壤主要理化性质的测定

2．3．1 土壤酸碱性测定

2．3．2 土壤含水率的测定

2．3．3 土壤有机质含量的测定

2．3．4 土壤阳离子交换量的测定

第三章 模拟铅污染土壤理化性质及铅含量分析

3．1 模拟污染土壤的理化性质分析结果

3．2 模拟污染土壤重金属含量测定结果

3．3 模拟污染土壤重金属铅的形态分析结果

3．4 本章小结

第四章 模拟铅污染土壤振荡解吸条件实验研究结果

4．1 反应时间对解吸率的影响

4．1．1 反应时间对Na2EDTA解吸率的影响

4．1．2 反应时间对柠檬酸修复效率的影响

4．1．3 反应时间对茶皂素修复效率的影响

4．1．4 反应时间对去离子水解吸率的影响

4．2 反应pH对解吸率的影响

4．2．1 反应pH对Na2EDTA解吸率的影响

4．2．2 反应pH对柠檬酸解吸率的影响

4．2．3 反应pH对茶皂素解吸率的影响

4．2．4 反应pH对去离子水解吸率的影响

4．3 反应浓度对解吸率的影响

4．3．1 Na2EDTA浓度对解吸率的影响

4．3．2 柠檬酸浓度对解吸率的影响

4．3．3 茶皂素浓度对解吸率的影响

4．4 本章小结

第五章 模拟污染土壤淋洗效果的研究分析

5．1 振荡淋洗土壤中Pb的解吸动力学研究

5．2 三种淋洗剂修复效果的形态分析

5．3 三种淋洗剂的复配实验分析研究

5．4 本章小结

第六章 实际污染土壤的淋洗修复

6．1 污染土壤理化性质定量定性分析

6．2 污染土壤中重金属的形态分析

6．3 实际污染土壤淋洗修复效果研究

6．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢