环境修复

天然草海河湖污泥对铬污染土壤影响的研究

2019-08-29 14:55:56 《绿色科技》 作者:张 瑜 等

摘要:以贵州草海风景区的天然河湖污泥为吸附剂,通过Cr污染(铬污染)土壤培养实验,研究了污泥材料对污染土 壤pH 值和Cr不同赋存形态的影响。结果表明:与 对 照 组 相 比,天然河湖污泥吸附材料对受不同程度Cr污染土壤的pH 值均有影响,但在低浓度铬处理下,对土壤 pH 值 影 响 较 明 显;施 入 不 同 量 的 WN3 均 可 不 同程度降低了土壤中Cr的 Wred和 Wa形态的含量,且与对照组有显著性差异,降低了Cr的生物有效性, 但对Cr的 Wo和 Wred形态影响较小。

关键词:天然河湖污泥;土壤重金属;BCR连续提取;赋存形态

一.引言

Cr作为“五毒重金属”之一,其污染具有来源广泛、 易于积累、作用隐蔽 等 特 点,造成对土壤污染也呈现出 作用周期长、毒性大 且 不 易 降 解 的 特 征,是 国 内 外 普 遍 关注的问题[1]。

河湖污泥是一种含腐殖质的天然吸附剂,主要由黏 土矿物、腐殖质、有机 质、活性金属氧化物组成,表 面 积 大,结构复杂,带有多种活性官能团,能够与金属离子发 生沉淀、表面络合、离子交换等过程,可用于去除水体和 土壤中的重金属[2]。土壤中可交换态的重金属移动性 和生物有效性强,是衡量土壤污染程度的重要指标,从 降低重金属可交换态的含量以及增加残渣态的含量,可 在一定程度上减小重金属的有效性,减小对土壤系统的 伤害[3]。探讨具有前景的天然污泥吸附剂对于重金属 的去除以及污泥的资源化利用具有重要意义。

二. 实验材料与方法

2.1 供试材料

供试材料:供试土壤取自北京科技大学试验站,供 试材料取自于贵州草海风景区,并命名为 WN3。采集0 ~10cm 表 层 土,自 然 风 干,剔 除 植 物 根 系、石 块 等 杂 物,过5mm 筛。土 壤 有 机 质 为9.95 mg/kg、pH 值 为 7.15、含 水 率2.76%、总Cr为68mg/kg。WN3 pH 值 为7.54、BET 比 表 面 积 为 27.72 m2/g、平 均 孔 径 11.67nm。

供试重金属元素为Cr,试剂为 K2Cr2O7(分析纯)。

2.2 Cr污染土壤的培养

将预处理后的土壤样品装入塑料盆,每盆装200g, 设置4个Cr浓度处理:0(Cr0)、100(Cr1)、200(Cr2)、 300(Cr3)mg/kg,搅拌混匀,室 温 培 养1个 月,保 持 土 壤 含水率。

1个月后得到人为Cr污染土壤,每个Cr(VI)浓度 下各 设 置 WN3 5 个投加量的处理,0%、0.5%、1%、 2%、5%,每 个 处 理 重 复 3 次,并 搅 拌 混 匀。 在 加 入 WN3 后0、15、30、45、60d取Cr污染土壤样品,烘干、研 磨、过筛,编号装 入 自 封 袋,一部分测定土壤的 pH 值; 另一部分用 BCR 连 续 浸 提 法 分 析 Cr(VI)各 个 赋 存 形 态含量的变化。

2.3 土壤重金属形态分析

BCR 连续提取法把土壤重金属形态分为酸提取态 (Wa)、可 还 原 态 (Wred)、可 氧 化 态 (Wo)、残 渣 态 (Wres),各形态稳定性依次升高[6]。本 实 验 按 照 BCR 法连续提取稳定后受污染土壤中Cr的各种赋存形态。

三.结果与分析

3.1 施加 WN3 对 Cr污染土壤pH 值的影响

在培养过程中施加不同量 WN3 对Cr污 染 土 壤 中 pH 的影响结果显示:无施加 WN3 土壤pH 值随着初始Cr升高而逐渐 增 大,且 浓 度 为 Cr3 对照组与其它浓度 对照组有明显不同。而在相同Cr浓度下,随着 WN3 施 加量的升 高 土 壤 pH 值 也 逐 渐 升 高。在 Cr0、Cr1、Cr2 和5% WN3 处 理 时,与对照相比达到显著性水平;各 WN3 投加量在Cr3 处理下无显著性差异,当为5%WN3 时土壤 pH 值 达 到 最 大,从 对 照 的7.15提 高 了0.54。 因此,当 Ccr较 低 时,施 加 WN3 对 pH 值 影 响 较 明 显, 但当 Ccr处于较高水平时,WN3 对pH 作用较小。

3.2 施加污泥材料 对 污 染 土 壤 中Cr赋存形态分布的 影响 利用 BCR连续提取法分析不同处理条件下土壤中 Cr各个赋存形态含量的变化。结 果 表 明,空 白 对 照 组 土壤 中 Cr主 要 以 Wres和 Wa 的 形 式 存 在,分 别 占 31.4%、42.9%,其次是 Wo,占土壤总 铬 的17.2%。在 不施加 WN3 处理下随着 Ccr的增加,各形态Cr所占百 分比都逐渐增大。

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图1、2、3分 别 表 示 Cr1、Cr2、Cr3 处 理 下 不 同 WN3 添加量对Cr各种赋存形态的影响。图 1 表 明 在 不 同 WN3 投加量都会影 响 土 壤 中 Cr的 Wa含 量,但 Wo和Wred含量的波 动 并 不 显 著。Cr1 处 理 时,除2% WN3 处理外,其 它 处 理 Wa的Cr与对照相比均显著降低, Wred也 有 所 降 低,Wo有 增 加 有 减 少,而 Wres均 随 着 添加量的增加而增加。

图2可以看出,Cr2 处理时,Cr主要是 Wres和 Wa, 含量 均 在 32% 以 上,其 次 为Wo,而 迁 移 能 力 较 强 的 Wred的含 量 则 较 低。添 加 WN3 使Cr的 Wa和 Wred 百分 比 降 低,Wres和 Wo百 分 比 增 加。各 不 同 添 加 量 的处理下,当为2%WN3 时Cr的 Wa与对照组显示明 显差异。这可能是由于添加 WN3 会使Cr形成沉淀,而 减轻了Cr的生物有效性。

由图3可知,Cr3 处 理 下,随着培养时间的进行,不 同的 WN3 添加量对土壤 Wred的Cr影响较小,却 减 小 了 Wa的百 分 比,提 高 Wres和WoCr的 百 分 比,从 而 减小Cr的活性,降低Cr对环境系统的有害性。结合图 1、2、3可 以 看 出,WN3 对 土 壤Cr的 Wa、Wred影 响 程 度随着Cr处理浓度的增大而增大,在5%WN3、Ccr3 处 理下Cr的 Wa形态与对照组的差异最为明显。

四.结论

添加不同量的天然河湖污泥材料对受不同程度重 金属Cr污 染 土 壤 的 pH 值 有 明 显 的 影 响。在 不 添 加 WN3 时,Cr含量与 土 壤 pH 值有一定的正相关。当 施 加 WN3 后,对 低 浓 度Cr处 理 的 土 壤 pH 值 有 显 著 影 响,但在高浓度Cr处理下,WN3 对土壤pH 影响较小。

不添加 WN3 和外源Cr时,土壤中Cr主要以 Wres 和 Wa的形 式 存 在,其 次 是Wo、Wred;在 不 添 加 WN3 时,随着Cr浓度的增 加,土 壤 中Cr的各形态含量均有 所提高;施入不同量 的 WN3 均不同程度降低了土壤中Cr的 Wres和 Wa含 量,影响程度大小随着Cr处 理 浓 度的增大而增 大,且与对照组有显著性差 异,但Wo和 Wred的变化并不显著。

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