胶态Mg(OH)2与改性膨润土修复复合重金属污染土壤研究

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近年来,大量的废弃矿山造成了严重的土壤重金属污染。重金属不具降解性,难以从环境中彻底去除,可随着生物链进入动植物体内,最终危害人体健康。废弃矿山土壤均为复合重金属污染,且会随着酸性矿山废水迁移,污染周边土壤。废弃矿山复合重金属污染土壤的修复是亟待解决的热点问题之一。化学稳定化技术是一种操作简单、周期短且效果好的重金属污染土壤修复方法,研究一种有效、环境友好、价格低廉的化学稳定剂是该技术的主要内容。Mg(OH)2可与重金属产生氢氧化物沉淀,可降低土壤中重金属迁移性和生物毒性,并且缓慢释放OH-,使土壤pH值不会急剧变化,而破坏土壤生态环境。本论文用十二烷基硫酸钠(SDS)和吐温80改性Mg(OH)2,制备一种表面活性剂包覆Mg(OH)2颗粒的胶态材料,胶态Mg(OH)2的OH-释放速率低于Mg(OH)2,缓释性增强,可改善酸性废弃矿山土壤,并维持土壤pH。由于镉元素沉淀所需pH较高,胶态Mg(OH)2对镉稳定效率较低,本论文利用Mg(OH)2改性膨润土,膨润土吸附能力强,离子交换容量大,Mg(OH)2改性可增强膨润土的离子交换能力,提高其对重金属的稳定化效果。本文实验研究包括两个部分:第一,利用胶态Mg(OH)2与改性膨润土修复铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)和锌(Zn)复合污染土壤,从重金属生物有效性和形态分布两方面评价两种稳定剂的修复效果;第二,利用模拟柱淋滤胶态Mg(OH)2与改性膨润土修复后的土壤,研究修复后土壤中重金属的再释放情况,并全面对比两种稳定剂的修复效果。主要结论如下:(1)投加胶态Mg(OH)2修复复合重金属污染土壤后,对Pb、Cd、Cu和Zn的稳定效率分别为72.42%、34.53%、87.64%和97.65%,且投加胶态Mg(OH)2可使重金属交换态含量明显减少,残渣态含量增加,重金属生物有效性降低;胶态Mg(OH)2具有缓释性,可长期释放OH-,保持土壤pH为弱碱性,修复土壤100天后Cd交换态含量比第7天时减少13.41%,残渣态增加7.49%,说明胶态Mg(OH)2是一种有效的重金属污染土壤稳定剂。(2)Mg(OH)2改性膨润土使Mg2+与膨润土层间阳离子进行离子交换,层间结构膨胀,离子交换能力增强;同时增加其表面OH-含量,可与重金属离子形成沉淀,改性膨润土对多种重金属共存体系中重金属的吸附效率高于膨润土。改性膨润土修复复合重金属污染土壤,对Pb、Cu和Zn的稳定效率均在100%左右,对Cd的稳定效率为78.22%,修复后土壤中重金属主要以残渣态形式存在。(3)胶态Mg(OH)2与改性膨润土修复土壤经雨水、酸雨和矿山废水淋滤后,重金属几乎不溶出,土壤中重金属形态不发生变化,不存在重金属重新释放问题。酸雨和矿山废水淋滤会使土壤pH值略有降低,但pH值仍在7以上,胶态Mg(OH)2修复土壤pH值下降幅度小于改性膨润土修复土壤,pH缓冲能力更强。(4)胶态Mg(OH)2与改性膨润土都是有效且环境友好的土壤稳定剂,能够降低土壤中重金属的迁移性、毒性和生物有效性,其中胶态Mg(OH)2修复土壤中Pb和Cu的残渣态含量更多,而改性膨润土对Cd的稳定效率较高,残渣态含量更高。两种稳定剂对土壤中Zn的修复效果相近,稳定效率均接近100%。
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