重金属污染土壤化学淋洗机理及淋洗废水净化处理的研究

摘要

近年来，我国许多地方区域性农田土壤污染严重，而重金属污染变得尤其突出，已经影响了农田土壤质量、农产品品质、人类健康等生态环境安全。重金属污染土壤修复已然成为保证区域生态安全与农产品质量及国家可持续发展的迫切需求，更是保障人民群众身体健康及促进民生的必然要求。本文针对广州韶关、南京栖霞及浙江常安矿场附近3种不同类型的重金属污染农田土壤，采用振荡淋洗方法，研究了FeCl3、柠檬酸及FeCl3与柠檬酸复合淋洗剂对土壤进行多次淋洗，比较研究了重金属Pb、Cd、Zn、Cu的去除效果，并探讨了淋洗后土壤基本性质的变化;采用湿筛法和冷冻干燥法提取3种不同类型的重金属污染农田土壤不同颗粒组的团聚体颗粒组样品，利用FeCl3、柠檬酸进行单独和复合淋洗剂，探讨不同颗粒组的团聚体中重金属去除效果和重金属的形态变化;并采取碱性沉淀结合生物质炭吸附对洗出液进行净化处理，得到以下结果: (1)采用振荡淋洗实验方法，连续淋洗3次，第一次淋洗，重金属Pb、Cd、Zn、Cu的去除率较高，第二次和第三次去除率显著下降;与FeCl3溶液和柠檬酸溶液单独淋洗相比，二者复合淋洗，对土壤中重金属Pb、Cu的去除率显著提高，比柠檬酸单独淋洗，提高70.4％～113.5％,比FeCl3单独淋洗，提高54.4％～103.7％;淋洗后会导致土壤pH、TOC、CEC、OM、交换性Ca、交换性Mg及速效N、速效P、速效K都显著下降，其中第一次淋洗对土壤性质变化最为显著;而土壤中EC的值第一次淋洗明显下降，第二次淋洗略有上升。 (2)采取BCR法土壤形态分级方法，栖霞土壤中的Cd和Zn主要以酸溶态和可还原态存在，Cu和Pb主要以残渣态存在，Cd和Zn更容易被淋洗去除;韶关土壤中的Cd主要以酸溶态形式存在，Cu、Zn和Pb主要以残渣态形式存在，Cd较容易淋洗去除;各种淋洗剂对重金属Cd的去除效果最好;土壤中Cu的主要存在形态为残渣态。淋洗剂对Pb、Cd、Zn、Cu的去除主要以酸溶态和可还原态为主。 (3)CEC、TOC、OM、速效N、P、K以及重金属Pb、Cd、Zn、Cu的含量在不同粒径团聚体中的含量均为粘粒级＞砂粒级＞粉砂级＞粗粉砂级。重金属和土壤中养分在粘粒级明显富集。对栖霞土样和韶关土样和常安土样团聚体进行淋洗，重金属Pb、Cd、Zn、Cu的去除率基本上都为粗粉砂级＞砂粒级＞粉砂级＞粘粒级，粘粒级中重金属不易去除。 (4)采用FeCl3和柠檬酸或复合使用，洗出液中除重金属外，还有Ca、Al、Mg及Mn等元素大量溶出，FeCl3对土壤中Ca的溶出量最大，柠檬酸洗出液中Al、Mn及Mg的含量都要远远高于FeCl3;FeCl3+柠檬酸复合使用，洗出液中常量元素的溶出量显著增加，并以第一次溶出最大。 (5)洗出液废水净化处理，采取碱性沉淀结合吸附剂吸附方法得到的效果较好。 综上所述，采用FeCl3和柠檬酸或复合使用，对重金属的去除主要以酸溶态和可还原态为主;团聚体中重金属的去除率为粗粉砂级＞砂粒级＞粉砂级＞粘粒级，粗粉砂级重金属容易被淋洗去除，粘粒级对重金属和土壤中养分有明显固定作用。对洗出液废水的处理采取碱性沉淀结合吸附剂吸附，可以降低pH和使用成本，设置沉淀剂(Ca(OH)2)和吸附剂（生物质炭）的固液比（质量g∶体积L）分别为14∶1和4∶1比较适宜。

目录

声明

摘要

第一章文献综述

1．1．1土壤重金属污染现状

1．1．2土壤环境中重金属污染的基本特征

1．1．3土壤重金属污染的危害

1．1．4重金属污染土壤修复方法

1．2．1化学淋洗修复概述

1．2．2化学淋洗分类

1．2．3淋洗剂的研究进展

1．3团聚体研究进展

1．3．1土壤团聚体分布特征

1．3．2土壤团聚体分离方法

1．3．3影响土壤团聚体稳定性因素

1．4．1重金属废水的来源及危害

1．4．2常见重金属废水的处理方法

1．5．1选题目的

1．5．2研究意义

1．6研究内容

1．7技术路线

第二章污染土壤化学淋洗效率及土壤性质的变化

2．1引言

2．2材料与方法

2．2．1供试土壤与淋洗剂

2．2．3仪器与试剂

2．2．4淋洗实验方法

2．2．5土壤交换性能的测定

2．2．6土壤养分的测定

2．2．7数据处理与统计分析

2．3结果分析

2．3．1淋洗剂对不同类型污染土壤淋洗率的比较

2．3．2不同类型污染土壤淋洗后性质变化

2．4小结

第三章重金属污染土壤淋洗机理探讨

3．1引言

3．2．1供试土壤

3．2．2仪器与试剂

3．2．3重金属形态分级提取

3．2．4洗出液金属离子的测定

3．2．5淋洗试验

3．2．6数据处理与统计分析

3．3结果分析

3．3．1污染土壤全土淋洗后重金属形态变化

3．3．2重金属在不同土壤团聚体中的分布

3．3．3不同淋洗剂对土壤团聚体重金属的去除

3．3．4淋洗前后土壤团聚体重金属形态分析

3．3．5全土及团聚体洗出液中常量元素的分析

3．3．6土壤团聚体淋洗前后氧化物铁铝的分析

3．4小结

第四章化学淋洗废水的净化处理的研究

4．1引言

4．2．1供试水样

4．2．2仪器与试剂

4．2．3模拟废水沉淀试验

4．2．4淋洗废水化学沉淀试验

4．2．5模拟废水生物质碳吸附试验

4．2．6淋洗废水生物质炭吸附试验

4．2．7复合试验

4．2．8数据处理与统计分析

4．3结果分析

4．3．1不同条件对沉淀剂处理模拟重金属废水的影响

4．3．2不同条件对吸附剂处理模拟重金属废水的影响

4．3．3淋洗废水处理结果

4．4小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2特色与创新

5．3研究不足之处

5．4研究展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士期间主要研究成果