论文部分内容阅读
近年来土壤重金属污染事件频发,重金属污染土壤严重影响了食品安全和土地的安全利用,并有可能通过食物链危害人体健康。本研究以广东省韶关市翁源县某受到Cd、Pb和Cu复合污染的农田土壤为研究对象,以三种改性工业废渣:活化低品位磷矿(MP)、改性脱硫灰渣(MF)及改性脱硫灰渣与磷酸的配比混合物(MFP)作为钝化剂对目标土壤进行稳定化修复。通过盆栽实验研究了三种钝化剂对土壤p H、矿物质营养元素含量、土壤重金属形态分布、作物生长状况及作物对重金属吸收状况等指标的影响,评价了这三种钝化剂对重金属污染土壤的修复效果,并通过参数间的相关性分析初步探讨可能的修复机理。同时,通过吸附/解吸实验并借助X射线衍射分析仪(XRD)及扫描电镜(SEM)的表征进一步揭示三种钝化剂对Cd、Pb和Cu的钝化机理。三种钝化剂的添加显著地改善了土壤质量,为作物生长提供更好的土壤环境:钝化剂的添加均显著地提升了土壤p H及土壤交换性Ca、Mg及有效Si的含量(P<0.05),但又存在差异性。MP的添加使土壤有效P的含量显著增加(P<0.05);而MF和MFP的添加使土壤中有效钾的含量显著增加(P<0.05)。另外,三种钝化剂的添加均显著地降低了土壤中危害较大的可交换态和碳酸盐结合态重金属的含量,可交换态Cd最多降低了31.9%,且主要转化为铁-锰氧化物结合态;可交换态Pb最多降低了56.39%,且主要转化为铁-锰氧化物结合态和有机物结合态;可交换态Cu最多低了34.26%,且主要转化为铁-锰氧化物结合态和残渣态;相关性分析的结果表明土壤p H的增加和有效矿物元素(硅、钙、磷)含量的提升是影响土壤重金属Cd、Pb和Cu形态分布的主要因素。MP、MF和MFP三种钝化剂的添加显著的减少了小白菜对重金属的吸收,土壤质量改善并降低重金属对小白菜生长的抑制使小白菜极大地促进了小白菜的生长。通过对吸附/解吸后的钝化剂样品的表征分析发现,钝化剂与重金属反应后有新的物质生成且表面形态也发生了显著的变化。对MP吸附重金属后的样品进行XRD和SEM分析发现,MP与Cd反应有Cd(OH)F和Cd(H2PO4)2的生成;MP与Pb反应生成了氯磷铅矿(Pb5(PO4)3Cl)、羟基磷铅矿(Pb5(PO4)3OH)和羟基磷灰石与羟基磷铅矿的中间体:Ca8Pb2(PO4)6(OH)2,且这一过程是通过吸附→离子交换完成的;对MF吸附重金属后的样品进行XRD表征发现:MF与Cd反应生成了Cd CO3及Cd SO3;MF与Pb反应有水白铅矿(Pb3(CO3)2(OH)2)、白铅矿(Pb CO3)和硫酸铅矿(Pb SO4)生成;MFP与Pb反应生成了白铝铅矿(Pb2Al4(CO3)4(OH)8)和水白铅矿(Pb3(CO3)2(OH)2);。尽管XRD并未检出MF和MFP与Cd、Pb和Cu有硅酸盐类矿物生成,但在SEM分析中可以看到MF和MFP与重金属反应前后表面形态发生了显著地变化,这间接证明溶液中的重金属确实与MF和MFP中的硅酸盐物质发生了某种反应,由于反应时间太短不足以形成稳定的晶体或生成了非晶体沉淀如生成Si-Cd共沉淀、Si-O-Pb沉淀物等,又或被MF和MFP中的硅酸盐物质包裹固定而未能通过XRD检测到。