植物材料水浸提剂对污染土壤锌和镉淋洗效率研究

摘要

土壤重金属污染已成为全球亟待解决的环境问题，淋洗技术因其简单高效等优势已成为一种极具发展潜力的重金属污染土壤的修复方式。然而现有的大多数淋洗剂却存在二次污染等问题，因此，寻找绿色环保的淋洗剂显得尤为重要。基于此，本研究以农田和矿山土壤为供试土壤，采用振荡淋洗的方式，研究了基于植物材料豌豆藤(Pisum sativum, PS)、鸢尾(Iris tectorum Maxim，IT)、构树(Broussonetia papyrifera，BP)和大青叶(Isatis indigotica Fort,II)的水浸提剂在不同淋洗浓度、pH、淋洗时间和淋洗次数条件下对污染土壤中锌和镉的去除效率以及淋洗前后其化学形态及土壤性质的变化特征，以期为锌和镉污染土壤的实际修复工程提供理论依据。主要研究结论如下:
　　(1)随着淋洗浓度的增大，4种植物材料对农田和矿山土壤锌和镉的淋洗率呈现先快速增加而后趋于平缓的趋势，且对两种土壤锌和镉的淋洗率均在浓度为90 g/L时达到最大。但基于成本估评，选取50 g/L作为最佳浓度值。当淋洗浓度为50 g/L时，鸢尾对两种土壤中锌和镉的淋洗效率均为最高，对农田土壤锌、镉的去除效率分别为31.89％和26.15％;对矿山土壤锌、镉的去除率分别为42.94％和36.83％。
　　(2)豌豆藤、鸢尾、构树和大青叶水浸提剂对农田和矿山土壤锌和镉的去除效率随着pH的增大逐渐降低。pH为3.0时淋洗率达到最大值，但过酸的淋洗环境会破坏土壤结构，因此建议选择pH为4.0作为本研究的最佳pH值。此时，鸢尾对两种土壤锌和镉的淋洗效率高于其他植物材料，其对农田土壤锌和镉的去除效率分别为30.39％和25.95％;对矿山土壤锌、镉的去除率分别为41.40％和36.75％。
　　(3)随着淋洗时间的增大，4种植物材料对两种土壤中锌和镉淋洗效率变化可以分为两个阶段:快速提升(≤2 h)和缓慢增加(2-10 h)过程（豌豆藤对两种土壤镉的淋洗除外）。因此，考虑投入成本及淋洗效率的最佳配比，建议选择2h作为后续试验的淋洗时间值。Elovich动力学方程拟合淋洗结果表明，除豌豆藤对两种土壤镉的淋洗拟合模型较差外，其余拟合模型均达极显著水平(p＜0.01）。
　　(4)连续淋洗4次，植物材料对两种土壤中锌和镉的单次淋洗率逐渐降低，但累积淋洗率显著增加(p＜0.05）。豌豆藤、鸢尾、构树和大青叶水浸提剂对农田土壤锌的4次累积淋洗率依次为35.21％、54.92％、42.92％和46.62％，对镉的累积淋洗率依次为33.84％、47.93％、39.97％和42.36％，对矿山土壤锌的累积淋洗率依次为60.72％、73.72％、61.79％和67.40％，对镉的累积淋洗率依次为54.02％、66.43％、58.10％和61.39％。综上，连续淋洗3次便可得到较高的累积淋洗率，且鸢尾对两种污染土壤锌和镉的累积淋洗率均高于其他植物材料。
　　(5)淋洗前农田土壤锌形态主要以铁锰氧化物结合态和残余态为主，镉形态主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态为主;矿山土壤锌形态主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态为主，镉形态主要以可交换态和碳酸盐结合态为主。淋洗后可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态锌含量均显著降低(p＜0.05）;各形态镉含量均呈现降低趋势(p＜0.05）（除农田土壤残渣态镉）。
　　(6)采用豌豆藤、鸢尾、构树和大青叶水浸提剂作为淋洗剂，淋洗后土壤有机质含量显著增加(p＜0.05)，而全氮和碱解氮、全磷和速效磷以及全钾和速效钾均有不同程度的降低(p＜0.05)，但降低幅度不大，且全钾和速效钾损失率最小。

目录

声明

论文说明

摘要

1 绪论

1．1 选题意义

1．2 研究现状综述

1．2．1 土壤重金属污染修复技术

1．2．2 土壤化学淋洗技术研究

1．3 研究方案

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 材料与方法

2．1 供试材料

2．1．1 供试土壤

2．1．2 淋洗剂的制备

2．2 试验设计

2．2．1 土壤振荡淋洗试验

2．2．2 土壤淋洗主要影响因素参数设置

2．3 测定项目及试验方法

2．3．1 土壤锌和镉化学形态的提取

2．3．2 土壤基础理化性质及锌和镉全量的测定

2．3．3 Bohem滴定

2．4 数据的处理

3 植物材料淋洗污染土壤锌和镉去除效率的研究

3．1 供试材料基本性质

3．1．1 土壤

3．1．2 植物材料

3．2 影响锌和镉去除效率的因素

3．2．1 淋洗浓度

3．2．2 pH

3．2．3 淋洗时间

3．2．4 淋洗次数

3．3 讨论

3．4 本章小结

4 植物材料对土壤锌和镉化学形态及土壤性质的影响

4．1 土壤锌和镉化学形态

4．1．1 锌

4．1．2 镉

4．1．3 讨论

4．2 土壤性质

4．2．1 土壤有机质

4．2．2 土壤养分

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢