Ss-B稳定化重金属污染土的绿化种植再利用及环境安全性

摘要

本文依托国家863计划项目《有色冶金企业场地高风险污染土壤的固化稳定化工艺技术研究与示范》(2013AA06A206)，国家自然科学基金重点项目《城市化过程中天然沉积土污染演化机理与控制技术研究》(41330641)，国家自然科学基金《磷酸盐固化剂封闭高浓度复合重金属污染黏土的机理及稳定性研究》(41472258)及江苏省杰出青年科学基金项目《特殊路基填土固化稳定再生利用的关键问题研究》(BK2012022)等课题，对高浓度复合重金属污染土的绿化种植再利用与长期环境安全性进行了研究。以理论研究与室内试验相结合的思路，研究了高浓度复合重金属污染土经过SS-B稳定试剂稳定化处理后的毒性浸出特性、土壤养分特征、植物毒性特征、酸雨入渗下污染物的运移特性以及对人体健康风险和潜在生态危害，主要得到以下结论:
　　(1)基于SS-B稳定化重金属污染土与有机质栽培土，研发了适用于污染场地绿化再利用的SS-B种植土:毒性浸出结果表明，配方掺量优化后的SS-B稳定化污染土中Pb、Zn、Cd的固定率能达到69.8％、94.2％、99.3％，浸出浓度满足《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)要求;与有机质栽培土混拌后得到的SS-B种植土的pH/EC值，土壤养分指标，种子发芽指数＞80％，均达到《绿化种植土壤》（CJ/T340-2011）要求;盆栽试验表明，SS-B种植土中小白菜生长未受重金属污染物抑制，SS-B种植土中的Pb、Zn的植物可利用度较素污染土降低了46％与77％。
　　(2)通过室内试验明确了SS-B种植土的渗透与污染物运移参数:固结渗透试验测得SS-B种植土饱和渗透系数为5.02×10-6m/s;通过压力板仪试验获得SS-B种植土的水土特征曲线，并通过Fredlund-Xing模型进行拟合;通过Frendlich方程对SPLP解吸附试验结果进行拟合，并结合一维半动态浸出试验得到SS-B种植土中Pb、Zn、Cd的有效扩散系数(D*)，分别为1.11×10-10 m2/s、4.90×10-11 m2/s、4.57×10-12 m2/s。
　　(3)明确了SS-B种植土在长期酸雨入渗条件下污染物的非饱和运移规律:柱状降雨模型试验结果表明在3周连续酸雨作用下，SS-B种植土中Pb、Zn、Cd污染物浸出浓度达到稳定时，分别为0.10 mg/L、1.50 mg/L和0.05 mg/L，达到《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)要求;并通过Geostudio软件对非饱和状态下SS-B种植土中污染物在酸雨作用下的运移过程进行了有限元数值模拟。
　　(4)风险评价表明SS-B种植土具有良好的长期环境安全性:US EPA人体暴露风险评价结果表明，SS-B种植土的非致癌风险∑HQ为7.69×10-3＜1，致癌风险RI值为8.32×10-7＜10-6，表明SS-B种植土不具备致癌/非致癌风险;数值计算得到的100年酸雨入渗环境下SS-B种植土中污染物向地下水迁移构成的非致癌风险∑HQ为5.07×10-6＜1，致癌风险RI值为8.32×10-7＜10-6，无致癌/非致癌风险。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 我国土壤重金属污染

1．1．2 污染场地二次开发与植被恢复现状

1．1．3 酸雨对污染场地的危害效应

1．1．4 污染场地土壤修复政策导向与技术规范

1．1．5 本研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 污染土固化／稳定化技术研究现状

1．2．2 磷酸盐材料修复重金属污染土的研究现状

1．2．3 重金属污染土植被恢复研究现状

1．2．4 降雨作用下土壤中污染物运移研究

1．2．5 污染场地修复后的长期环境安全性与风险评价研究现状

1．3 主要研究内容与技术路线

1．3．1 对研究现状的进一步总结

1．3．2 主要研究内容

1．3．3 研究技术路线

第二章 试验材料与试验方法

2．1 试验材料

2．1．1 株洲现场污染土

2．1．2 各组分固化剂材料

2．1．3 商用有机质栽培土

2．1．4 其他材料

2．2 试样制备

2．2．1 污染土的制备与老化

2．2．2 稳定土的制备

2．2．3 人工酸雨的配制

2．3 试验内容与方法

2．3．1 固化剂配方的硫酸硝酸法浸出筛选试验

2．3．2 稳定土种植特性测试与植物毒性试验

2．3．3 稳定土盆栽试验

2．3．4 水分迁移特征试验

2．3．5 污染物运移特征试验

2．3．6 绿化土层柱状降雨模型试验

2．4 本章小结

第三章 磷酸盐稳定剂的筛选及固化稳定化污染土再种植试验研究

3．1 概述

3．2 硫酸硝酸法浸出筛选试验

3．3 稳定土的再种植特性试验

3．3．1 有机质栽培土的混拌

3．3．2 土壤养分特征

3．3．3 植物毒性特征

3．4 盆栽试验

3．4．1 植株生长状况

3．4．2 栽培前后土体浸出特性与养分特征的变化

3．4．3 植物可利用度

3．5 本章小结

第四章 SS-B种植土污染物浸出运移特征试验研究

4．1 概述

4．2 SS-B种植土的渗透特性

4．2．1 水土特征曲线

4．2．2 渗透系数

4．3 SS-B种植土中重金属污染物的扩散和解吸附运移特征

4．3．1 解吸附参数

4．3．2 重金属扩散系数

4．4 本章小结

第五章 酸雨作用下SS-B种植土层的柱状降雨模型试验与风险评价

5．1 概述

5．2 柱状模型试验

5．2．1 土柱体积含水率变化

5．2．2 土柱渗滤液排水变化情况

5．2．3 渗滤液浸出浓度变化

5．3 数值模拟结果分析

5．3．1 数值模型建模

5．3．2 数值计算结果分析

5．4 SS-B种植土的风险评价

5．4．1 人体健康非致癌与致癌风险评价

5．4．2 潜在生态危害

5．4．3 地下水污染健康风险评价

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文主要结论

6．2 本文创新点

6．3 不足与展望

附录

参考文献

作者简介

致谢