离子型稀土矿周边农田土壤中Pb的析出效果和机理研究

摘要

在对江西赣南地区的稀土矿调查中，发现赣南稀土矿区周围农田存在严重的重金属铅污染，以研究赣南地区的龙南县矿区周围农田土中铅离子的迁移转化。这次实验中以稀土矿区周围受污染的农田土壤作为对象，目标污染物为重金属铅。　　选择钝化剂加入农田土壤，分析钝化剂不同添加量对铅淋出量的改变情况。同时依据降雨情况模拟自然淋滤状态下，重金属铅的淋出情况变化和迁移转化，主要从降雨强度、模拟降雨的pH值和降雨时长三个方面研究。利用原地浸矿的方式采矿的矿区周边土壤中，会存在硫酸铵溶液过量的情况。矿区原地浸矿一般使用1.50%的硫酸铵溶液。本实验选择投加1.00~3.00%的硫酸铵溶液，观察对农田土壤中的重金属铅的影响情况。结合实验结果，利用响应曲面法拟合实验数据，分析影响因素的显著性。　　（1）为稳定污染农田土壤中的重金属铅，尝试在实验土壤中添加钝化剂（凹凸棒石）。使用钝化剂后在自然降雨条件下，重金属铅的淋出量有一个明显下降的趋势。实验选取的钝化剂针对该地区农田土壤中的重金属铅会产生钝化稳定作用，将随着降雨析出的铅离子转化为不易淋出的稳定状态。从而达到减少土壤中铅离子对农田农作物和周围地表径流的污染情况。在凹凸棒石的添加量是10.00%时，对重金属铅的稳定有着显著的效果，在实验第2天测量的淋出铅含量就下降为0.00mg/kg。凹凸棒石添加量为2.00%时，在实验进行到第8天时，测量的淋出铅含量为0.00mg/kg。　　（2）实验采用模拟酸雨淋滤实验土柱观察重金属铅的淋出量变化。结果显示，时长对铅淋出量的影响，有两种阶段：快速下降和慢速下降。利用响应曲面法设计实验条件酸雨淋滤液pH值为4.50~5.50，降雨强度为109.00~374.00mm/d，添加外源重金属铅100.00~500.00mg/kg。观察该情况下铅淋出量发现，随着pH值的减小，淋滤强度的上升使得铅淋出量呈现先上升后减小的情况。当外源铅浓度逐步增长时，模拟酸雨的pH值减小和淋滤强度的上升都会使铅淋出量增加。此外在拟合方式中选择用响应曲面对实验数据进行多元回归方程拟合，交互项中pH值与培养铅浓度的效果最为明显。　　（3）稀土矿开采过程中对硫酸铵溶液添加量的不确定性，使矿区周边的农田土壤面临着被硫酸铵浸透的情况。根据之前已有的调查结果得出针对重金属污染土壤硫酸铵会起到钝化作用。在结合矿区实际情况下，在实验土壤进行淋滤实验中用不同浓度的硫酸铵溶液时，发现较低浓度的硫酸铵投加到农田土壤中的重金属铅析出量比较高浓度的硫酸铵投入时更少。在硫酸铵浓度较低时，对土壤中铅离子的析出有着促进的作用。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.2.1土壤重金属污染现状

1.2.2 矿产资源开采过程中产生的问题

1.2.3 离子型稀土矿区周围农田重金属的来源

1.2.4 重金属超标所带来的影响

1.2.5 硫酸铵对土壤中重金属析出的影响

1.2.6 钝化剂处理重金属铅污染现状

1.3 研究内容

1.4 技术路线

第二章 材料与方法

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 样品的采集与处理

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验试剂

2.1.4 实验方法

2.2 数据处理

第三章 凹凸棒石对酸雨淋滤作用下农田土壤铅析出效果的影响

3.1 实验内容

3.1.1 实验方法

3.1.2 实验反应条件的设计

3.2 结果分析

3.2.1 凹凸棒石添加量对农田土壤钝化效果的影响

3.2.2 凹凸棒石对不同污染程度农田土壤的处理效果

3.2.3 时长对凹凸棒石处理污染农田效果的影响

3.2.4 用响应曲面法分析多因素交互情况

3.3 本章小结

第四章 酸雨条件下农田中铅的析出机理研究

4.1 实验内容

4.1.1 淋滤实验

4.1.2 形态顺序提取实验

4.1.3 反应条件对实验结果的影响

4.2 结果分析

4.2.1 时长对淋出铅浓度的影响情况

4.2.2 降雨强度对淋出铅浓度的影响情况

4.2.3 利用响应曲面综合分析实验结果

4.2.4 形态分析结果

4.3 本章小结

第五章 硫酸铵作用下农田中铅的析出机理研究

5.1 实验内容

5.1.1实验方法

5.1.2 实验反应条件的设计

5.2 结果分析

5.2.1 硫酸铵浓度对农田中重金属铅析出影响

5.2.2 硫酸铵对不同污染程度农田土壤的影响

5.2.3 农田土壤浸滤时长对重金属铅的析出影响

5.2.4 用响应曲面法分析多因素交互情况

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果