沼渣型土壤调理剂用于修复Cu污染效果研究

点击次数:   更新时间:2020-07-22 12:55     来源:AG8集团

  北极星环境修复网讯:摘 要:原位钝化是修复重金属污染土壤的重要途径之一,通过钝化降低土壤中重金属有效态含量,从而减少重金属迁移及对植物的毒害。文章选用沼渣、牡蛎壳粉为原料,制备了一种有机 - 无机符合型沼渣土壤调理剂,研究这种土壤调理剂对水中的 Cu2 + 吸附效果和对土壤中铜的钝化效果。研究表明: 这种土壤调理剂对水中的 Cu2 + 吸 附效量能达到 2.5 mg·g - 1。

  近年我国土壤重金属污染问题日益严峻,蔬菜土壤尤为严重,Cu,Zn,Pb,Cd,Cr 等成为主要重金属污染物[1]。铜是农作物生长必需的微量元素,当土壤中铜含量超过一定浓度时对农作物生长、发育、 产量产生影响。城市垃圾、工业三废对土壤污染,含铜农药( 如波尔多液) 的广泛使用,大气中重金属沉降,土壤酸化等,都使土壤中铜含量的增加,以至造成了土壤中铜污染[2]。 原位钝化是修复土壤中重金属污染的重要手段,有机-无机联合修复成为一种发展趋势[3]。土壤中加入有机-无机土壤调理剂,通过吸附、氧化-还原、离子交换、沉淀等系列反应,降低重金属的有效态和可迁移性,从而减少对植物的毒性[4 - 5]。

  本研究以沼渣为有机材料,添加无机材料牡蛎壳粉,制备一种有机-无机复合型的土壤调理剂。通过模拟实验,探索应用于吸附溶液中铜和原位钝化修复土壤中重金属 Cu 污染的技术可行性[6 -7],为开发针对于重金属污染土壤的修复技术提供理论依据。

  供试沼渣来自山东民和生物科技股份有限公司,pH 值 7. 02,含水率 82. 4% ; 牡蛎壳粉来自众德肥料( 烟台) 有限公司,pH 值 9.68,CaCO3含量 96. 4% ,有机质含量 0.558% ; 花生壳粉取自烟台牟 平长生奶牛场,含水率 12. 5% ; 供试土壤采集与中 国农业大学烟台研究院实验基地,为山地棕壤,自然 条件下风干,过 1 mm 筛,pH 值 6. 08,有机质含量 2. 21% ,全 Cu 含量 1. 224 mg·kg - 1。

  用 Cu( NO3 ) 2 配置成 Cu 溶液,添加到风干土壤中,配制成 Cu 污染的供试土壤,混匀后保持含水率 65% ~ 70% ,平衡 30 d 后风干备用。配置后土壤的理化性质如表 1 所示。

  取新鲜沼渣 100 份,花生壳粉 30 份混合均匀, 调节含水率为 65% ,添加 1‰有机肥发酵剂,进行堆肥发酵,第 3 天开始每隔两天翻堆一次。堆肥发酵 20 d 后加入 30 份牡蛎壳粉,混合均匀后再堆放 10 天。沼渣型土壤调理剂理化性质如表 2 所示。

  调理剂对不同 Cu2 + 浓度的吸附: 分别取30 mL, 不同浓度的 Cu( NO3 ) 2 溶液于烧杯中,加入 0. 5 g 的土壤调理剂,搅拌震荡 24 h 后过滤,检测溶液中 Cu2 + 离子浓度; 不同调理剂添加量对 Cu2 + 吸附: 取 30 mL,50 mg·L - 1的 Cu2 + 溶液于烧杯中,分别加入不同量的调理剂,搅拌震荡 24 h 后过滤,检测溶液 中 Cu2 + 离子浓度[8]。

  称取 Cu 污染土壤,分别加入不同质量的沼渣型土壤调理剂,混匀,分别装入花盆中,每盆装 10 kg,用去离子水给土壤补充水分,使土壤水分达到田间持水量的 70% 左右,培养 60 d 。取土样检测有效 态铜和全铜含量[9]。

  水中 Cu2 + 检测采用二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法[10],在氨性溶液中( pH 值 8 ~ 10) ,铜与 二乙基二硫代氨基甲酸钠作用生成黄棕色络合物,用四氯化碳萃取,在 440 nm 波长处测量吸光度,计算溶液中铜含量;土壤有效态铜含量的测定,采用二乙三胺五乙酸( DTPA) 浸提法[11],用 pH 值 7. 3 的 DTPA-CaCl2-TEA 缓冲溶液作为提取剂,原子吸收分光光度计测定浸提液中铜的含量; 土壤中全铜含量测定,采用火焰原子吸收分光光度法[12],用盐酸-硝 酸-氢氟酸-高氯酸分解土壤,原子吸收分光光度法 检测消解液中铜含量。

  水中 Cu2 + 含量分析采用二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法,标准曲线 所示,回归方程为 y = 0. 1976x - 0. 0074,R2 = 0. 9863,铜离子浓度 0. 5 ~ 5 mg·L - 1 范围中具有较好的线性效果。

  土壤调理剂对不同浓度的 Cu2 + 溶液吸附试验。 以溶液中起始 Cu2 + 浓度为横坐标,吸附率和吸附量为纵坐标作图,得到吸附曲线 所示。随着起始溶液 Cu2 + 浓度的增加,吸附量增加,吸附率降低。当起始 Cu2 + 浓度达到 50 mg·L - 1时,土壤调理剂吸附量达到 2. 47 mg·g - 1,调理剂表面吸附点位逐渐被占据, 吸附趋于饱和,随着初始溶液 Cu2 + 浓度的增加吸附量基本不再变化,吸附率有较大的降低。

  不同质量调理剂加入到 30 mg·L -1和 50 mg·L - 1 的 Cu2 + 溶液中,搅拌震荡 24 h 吸附,考察调理剂用量对吸附效果的影响,结果如图 3 所示。随着调理剂用量的增加,吸附量呈现减小趋势,吸附率逐渐增大。当土壤调理剂添加量达到 1. 5 g 时,吸附率达到 95% ,再增加调理剂的添加量吸附率变化不大, 而吸附量继续降低。

  取自制的 Cu 污染模拟土壤 10 kg,分别加入土 壤质量为 1% ,2% ,4% ,6% ,10% 沼渣型土壤调理剂,持水量 70% 左右培养 60 d。检测土壤 pH 值的变化,DTPA 有效态铜和全铜含量的变化,考察土壤调理剂对污染土壤的处理效果,结果如表 3 所示。

  从表中可以看出,添加 Cu( NO3 ) 2 制备污染土壤过程中,土壤对外加的重金属 Cu 具有自我修复的功能,培养 60 d,pH 值有所上升,有 19% 的铜能 钝化,但自我修复效率有限,需要添加土壤调理剂来 修复土壤的污染[13]。 自制的沼渣型土壤调理剂呈弱碱性,土壤中施加能提升土壤的碱性,本研究中 pH 值提升 0.5 以 上。因此这种土壤调理剂对酸性土壤有改良作用。 土壤中施加自制的沼渣型土壤调理剂,能显著降低土壤中有效态铜的含量。随着添加比例的增大,有效铜的含量从 393.92 mg·kg - 1,逐渐降低到 94. 02 mg·kg - 1。对铜的钝化率能达到 75% 以上。 说明这种土壤调理剂能通过吸附、沉淀、凝聚、络合 等作用,降低重金属的活性,起到原位修复重金属污染的作用[14]。由于沼渣型土壤调理剂是一种有机- 无机符合型的调理剂,含有 27. 4% 的有机质,土壤中较大量的施用可以提升土壤有机质,建议施用量 5% ~ 10% 。

  ( 1) 沼渣型土壤调理剂对水体中的 Cu2 + 具有 附性能,吸附量能达到 2. 5 mg·L - 1以上,这种调理剂可以用于处理重金属污水。 ( 2) 沼渣型土壤调理剂呈弱碱性,有机质含 27. 4% ,总养分含量 3. 08% ,可以用于改良障碍性土壤。( 3) 重金属污染土壤中施加这种土壤调理剂, 能显著降低重金属有效态含量,从而起到原位钝化的作用,可以用于修复重金属污染的农田土壤。

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