有机酸和无机盐复合淋洗修复Cd、Pb污染农田土壤的研究

摘要

随着人口数目的急剧增长、工业化生产的飞速发展及城市化进程的加快，人类活动和对自然资源的长期过度开发利用，造成了许多日益严重的环境问题。其中，我国土壤的重金属污染十分严重，土壤环境修复与治理已迫在眉睫。化学淋洗修复技术可以永久去除污染物，修复效果好，是土壤修复技术的研究热点之一，在国外一些国家已经应用到实际场地修复，并取得了一定的成果。本文在其他学者的科学研究基础上，以湖南湘西自治州花垣县老王寨村和吉首市吉首乡大田湾村重金属污染农田土壤作为研究对象，研究了有机酸（柠檬酸、酒石酸）与FeCl3复合淋洗修复，得到以下结果:
　　1、设置淋洗剂浓度为100 mmol·L-1，通过振荡淋洗，分别比较了五种有机酸（柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、乙酸）和五种氯化物(FeCl3、CaCl2、MgCl2、NaCl、KCl)对土壤中重金属Cd、Pb的去除效率，结果表明柠檬酸、酒石酸淋洗效果优于其它有机酸，FeCl3淋洗效果优于其它氯化物，因此选择柠檬酸、酒石酸分别与FeCl3进行复合淋洗试验。
　　2、通过比较不同浓度有机酸（柠檬酸、酒石酸）与FeCl3的混合液对老王寨、大田湾两种土壤重金属Cd、Pb的去除效率，确定复合淋洗剂最适浓度，即有机酸浓度为100 mmol.L-1、FeCl3浓度为20 mmol·L-1。在复合淋洗剂最适浓度条件下，柠檬酸与FeCl3复合淋洗对老王寨土样品中Cd和Pb的淋洗率分别为43.7％和22.9％，与FeCl3单独淋洗相比，分别提高了76％和3倍，与柠檬酸单独淋洗相比，分别提高了23％和97％;对大田湾土样中Cd和Pb的淋洗率分别为47.3％和11.0％，与FeCl3单独淋洗相比，分别提高了16倍和36倍;与柠檬酸单独淋洗相比，分别提高了28％和6倍。酒石酸与FeCl3复合淋洗，对老王寨土样中Cd和Pb的淋洗率分别为43.2％和16.5％，与FeCl3单独淋洗相比，分别提高了71％和4倍，与酒石酸单独淋洗相比，分别提高了31％和49％;对大田湾土样中Cd和Pb的淋洗率分别为30.7％和0.8％，与FeCl3单独淋洗相比，分别提高了10倍和80％;与酒石酸单独淋洗相比，分别提高了2倍和33％。
　　3、通过振荡淋洗试验，研究了两种复合淋洗剂与土壤样品液固比、淋洗液pH、淋洗时间、淋洗次数等淋洗条件对土壤重金属Cd、Pb的去除效率的影响。结果表明，液固比从2∶1增加到20∶1，复合淋洗剂对重金属Cd、Pb的去除效率逐渐增加并趋于平缓;pH在2到5的范围内变化，复合淋洗剂对重金属Cd、Pb的去除效率随淋洗剂溶液pH的增加而降低;振荡淋洗时间从0.5h增加到36h，复合淋洗剂对重金属Cd、Pb的去除效率逐渐增加并趋于平缓;淋洗次数逐渐增加，复合淋洗剂对Cd的去除效率降低显著，对Pb的去除效率降低较为缓慢，发现三次淋洗对重金属的累积去除率比较理想。复合淋洗剂的淋洗条件设置为液固比5∶1、振荡淋洗时间24h、重复淋洗3次比较适宜。
　　4、Tessier法重金属形态分级试验结果表明，经有机酸与FeCl3及其复合淋洗一次后，土壤中重金属的形态发生了不同的变化，Cd、Pb的铁锰氧化物结合态、有机结合态含量显著降低，碳酸盐结合态含量几乎为零，残渣态含量基本不变，Cd的交换态含量显著降低，而Pb的交换态含量显著增多;经过二次或三次淋洗后，土壤重金属Cd、Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量逐渐减少，有机结合态、残渣态含量几乎不变;测定洗出液中常量元素含量，发现大量的Al、Ca、Fe、Mg、Mn离子溶出，结合重金属分级提取试验结果，表明有机酸-FeCl3复合淋洗对土壤中的碳酸盐、铁锰氧化物等产生了破坏作用，将与其结合的重金属离子被洗出;通过机理分析试验，结合Visual MINTEQ软件模拟洗出液中重金属离子存在形态，表明有机酸与FeCl3在淋洗过程中对重金属的去除有协同作用，其作用机制主要是有机酸解离的H+以及FeCl3水解产生的H+与重金属发生离子交换、有机酸及Cl-与重金属形成络合物、有机酸促进氯离子重金属络合物的形成等方面的作用。
　　5、测定老王寨和南京土壤样品三次淋洗后的理化性质，结果表明淋洗处理后土壤理化性质发生了改变。随着淋洗次数的增加，土壤pH、速效磷含量显著降低，土壤交换性钙、镁、CEC、有机质、速效钾、速效氮减少的较小，土壤游离氧化物（铁、铝）含量略有增多，且与CEC变化呈负相关;EC在淋洗一次后出现下降，随着淋洗次数的增加，逐渐升高。这些结果为后续植物修复的培肥与恢复提供了依据。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 土壤重金属污染概述

1．1．1 土壤重金属污染现状

1．1．2 土壤重金属的污染来源及危害

1．2 重金属污染土壤修复方法

1．2．1 物理修复技术

1．2．2 生物修复技术

1．2．3 化学修复技术

1．3 淋洗修复技术

1．3．1 淋洗法概述

1．3．2 淋洗法的分类

1．4 淋洗剂的研究进展

1．4．1 无机淋洗剂

1．4．2 螯合剂

1．4．3 表面活性剂

1．4．4 复合淋洗剂

1．5 研究目的与意义

1．6 研究内容

1．7 技术路线

第二章 有机酸和无机盐复合淋洗效果及其影响因素研究

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 供试土壤

2．2．2 仪器与试剂

2．2．3 单一淋洗剂淋洗试验方法

2．2．4 复合淋洗剂淋洗试验方法

2．2．5 复合淋洗影响因素试验

2．2．6 数据处理与统计分析

2．3 结果分析

2．3．1 有机酸淋洗比较

2．3．2 无机盐淋洗比较

2．3．3 柠檬酸和FeCl3复合淋洗效果

2．3．4 酒石酸和FeCl3复合淋洗效果

2．3．5 复合淋洗影响因素研究

2．4 结论

第三章 有机酸和无机盐复合淋洗机理初步探讨

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 供试土壤

3．2．2 仪器与试剂

3．2．3 淋洗试验

3．2．4 重金属形态分级提取

3．2．5 重金属离子存在形态模拟

3．2．6 数据处理与统计分析

3．3 结果分析

3．3．1 淋洗前后土壤重金属形态的变化

3．3．2 洗出液常量元素的溶出

3．3．3 复合淋洗剂中无机盐作用机制

3．3．4 淋洗液中离子形态模拟

3．4 结论

第四章 有机酸和无机盐复合淋洗对土壤性质的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 供试土壤

4．2．2 仪器与试剂

4．2．3 土壤基本性质测定

4．2．4 土壤交换性能测定

4．2．5 土壤养分测定

4．2．6 数据处理与统计分析

4．3 结果分析

4．3．1 土壤基本性质变化

4．3．2 土壤交换性能变化

4．3．3 土壤养分变化

4．4 结论

总结

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 不足之处

5．4 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士期间主要研究成果