模拟酸雨对羟基磷灰石稳定化土壤镉/磷迁移及有效性的影响

摘要

随着矿业开采和工业生产的快速发展，土壤重金属污染越来越严重，进入土壤的重金属不仅使作物减产还会通过生物富集危害人体健康。以“边生产边修复”的化学钝化法因其修复效果好、不耽误生产而在中国得到推广。但是在酸雨作用下，钝化后的重金属有可能重新活化且某些含磷钝化剂会释放大量的磷素，最终是否会造成周围水体富营养化还未明确。因此，本文通过室内土柱淋溶实验，以镉污染土壤质量0.5％的比例添加羟基磷灰石(HAP)，考察pH3.5、4.5和5.6的模拟酸雨对土壤镉、磷释放的影响。结果表明:
　　在不同pH酸雨处理下，淋出液pH随模拟酸雨pH的降低逐渐下降，添加HAP的土壤淋出液pH因为HAP的溶解而比未添加HAP的土壤淋出液pH显著增加了0.3-1.5个单位。淋出液总磷和正磷酸盐含量均随酸雨pH的降低而增加，且HAP的添加（溶解）也明显增加了淋出液中总磷和正磷酸盐的含量，其总磷含量在第1-3 L和4-6 L分别是《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)五类水标准（总磷含量0.4 mg·L-1）的2.70-3.55和1.25-2.15倍，对地表水体表现出较大的富营养化风险。与此同时，较未处理组土壤，HAP的添加（溶解）也显著降低了淋出液总Cd含量。随着酸雨pH的降低，未处理土壤淋出液总Cd含量逐渐增加，但HAP处理土壤淋出液总Cd含量因磷酸盐的固定而逐渐降低。因此，HAP能够显著减弱酸雨淋溶对Cd污染土壤中Cd淋失的影响，但需要考虑磷素释放造成地表水体富营养化的问题。
　　模拟酸雨淋溶显著降低了未处理组表层土壤的pH，HAP的添加增加了土壤对酸雨淋洗的缓冲能力，土壤pH较未处理组高出1个单位左右。未处理土壤随酸雨pH的降低加剧了Cd在土柱内的下移，但HAP处理各土层全Cd分别较对照0-5和5-10 cm土壤高出8.54-10.00和3.13-3.29 mg·kg-1。未处理土壤在酸雨作用下可浸出性Cd含量从0-5 cm的0.17-0.23 mg·L-1增加到10-20 cm的0.61-0.68mg·L-1，但HAP处理各土层可浸出性Cd维持在0.45-0.50 mg·L-1。总体上，添加HAP的淋溶土壤真菌和放线菌菌落数明显比未添加HAP的土壤多且土壤脲酶和酸性磷酸酶的活性也得到了提高。未处理和HAP处理土壤胃液和肠液阶段溶解态Cd含量及胃液阶段Cd的生物可给性均随酸雨pH的降低而降低。与未处理相比，HAP处理土壤增加了胃液和肠液阶段溶解态Cd含量及胃液阶段Cd的生物可给性，但显著降低了肠液阶段Cd的生物可给性。未处理和HAP处理土壤胃液和肠液阶段无意摄入土壤中的Cd对儿童的PTMI(provisional tolerable monthly intake)贡献率均随酸雨pH的降低而降低，且HAP处理显著高于未处理。以上结果表明高强度酸雨淋溶下，HAP能够有效提高土壤对酸雨的缓冲能力，降低土壤Cd的淋失，但增加了表层土壤Cd的生物可给性及人体健康风险，需要引起特别关注。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 土壤镉污染

1．1．1 土壤镉污染概况

1．1．2 土壤镉污染来源

1．1．3 土壤镉存在形态及危害

1．2 国内外土壤重金属污染修复技术概况及修复评价

1．2．1 土壤重金属污染修复技术概况

1．2．2 土壤重金属污染修复评价

1．3 含磷物质用于土壤重金属污染修复的研究进展

1．3．1 含磷物质固定重金属镉的机理

1．3．2 含磷物质在土壤重金属污染修复中的应用及其存在问题

1．4 本研究的目的、内容及思路

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 主要研究内容

1．4．3 技术路线

2 实验材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 供试土壤污染性状

2．1．2 实验试剂及器皿

2．1．3 实验仪器及设备

2．2 实验设计

2．3 实验方法

2．3．1 淋出液总磷的测定

2．3．2 淋出液磷酸盐的测定

2．3．3 淋出液颗粒粒径分级、消解及镉的测定

2．3．4 土壤pH的测定

2．3．5 土壤有效磷的测定

2．3．6 土壤镉的TCLP浸提

2．3．7 土壤全量镉的测定

2．3．8 土壤酶活性的测定

2．3．9 土壤微生物数量的测定

2．3．10 土壤镉的人体吸收模拟实验

2．4 数据处理

3 模拟酸雨对淋出液中镉／磷释放的影响

3．1 模拟酸雨对淋出液pH的影响

3．2 模拟酸雨对淋出液总磷释放的影响

3．3 模拟酸雨对淋出液正磷酸盐释放的影响

3．4 模拟酸雨对淋出液Cd释放的影响

3．4．1 未过滤淋出液Cd释放分析

3．4．2 分级过滤淋出液Cd释放分析

3．5 本章小结

4 模拟酸雨对土壤镉、有效磷、微生物及酶活性的影响

4．1 模拟酸雨对土壤pH和全Cd分布的影响

4．2 模拟酸雨对土壤Cd可浸出性的影响

4．3 模拟酸雨对土壤有效磷的影响

4．4 模拟酸雨对土壤微生物数量的影响

4．5 模拟酸雨对土壤酶活性的影响

4．6 模拟酸雨对土壤溶解态和生物可给性Cd的影响

4．7 模拟酸雨对土壤中Cd的人体健康风险评估

4．8 本章小结

5 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附表

致谢

作者简介