不同修复剂对铅污染土壤的修复效果研究

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土壤Pb污染因危害性较强,引起人们的广泛关注。化学稳定化方法因操作简单,价格低廉,材料易得,处理周期短且能快速控制土壤中的Pb而成为当前研究最多的修复方法之一。目前,国内外已有很多关于铅污染土壤修复方面的研究,也取得了一定的研究成果,但是对于修复土壤的长期稳定性问题研究较少,所以针对修复土壤的长期稳定性进行更加深入的研究具有重要的理论和实际意义。本论文选用硫化钠以及磷酸亚铁和羟基磷灰石两种难溶性含磷材料作为主要的修复剂对模拟高浓度的铅污染土壤进行修复。先从去除水溶液中的Pb着手,探索各修复剂的最优投加比,在此基础上进行土壤修复实验和降雨影响实验。通过分析Pb的浸出浓度和形态分布、生成物XRD图谱和微观形貌表征等,探究修复铅污染土壤的稳定性以及降雨影响下Pb的浸出机理。实验得出的主要结论如下:(1)在硫化钠稳定铅的实验中发现,硫化钠能够有效去除水溶液中98%以上的铅,当S2-:Pb摩尔比达到2:1时,生成沉淀中浸出铅的浓度为1.07 mg/L,去除效果最好;而硫化钠对土壤中铅的去除率最高为26.41%,土壤中残渣态和可氧化态铅总量最高为50.4%,其中残渣态铅含量为29.5%。硫化钠修复铅污染土壤的机理主要为:硫化钠增加土壤颗粒表面的负电性,使Pb2+吸附到土壤表面,更容易与硫化钠发生沉淀反应。(2)磷酸亚铁稳定铅的实验发现,磷酸亚铁能去除水溶液中90%以上的铅,但是生成物浸出铅的浓度较高,对铅的稳定性不好;而不同投加量的磷酸亚铁对土壤中Pb的稳定率在40%~88%之间,生成物为Pb5(PO4)3OH和少量的Pb5(PO4)3Cl,土壤中残渣态和可氧化态铅总量最高为50.2%,其中残渣态铅占铅总量的47.4%。磷酸亚铁修复铅污染土壤的机理:难溶的磷酸亚铁消耗土壤中的H+,产生H2PO4-,使得土壤颗粒表面负电荷增加,吸附游离态Pb2+,磷酸亚铁和土壤表面吸附的Pb2+发生沉淀或离子交换反应,从而稳定土壤中的铅。(3)羟基磷灰石能去除水溶液中95%以上的铅,但是不同投加比下的生成物稳定性有明显差异;羟基磷灰石+氯盐能够有效稳定土壤中的铅,不同投加量对Pb的稳定率在80%~100%之间,主要的生成物是Pb5(PO4)3OH和Pb5(PO4)3Cl,土壤中残渣态和可氧化态铅的总量在60%以上,具有很好的稳定效果。稳定的机理是:难溶的羟基磷灰石消耗土壤中的H+,产生H2PO4-,使土壤颗粒表面负电荷增加,吸附游离态Pb2+;另一方面,当反应缓慢发生时,羟基磷灰石吸附Pb2+,从而促进土壤中游离的Pb2+与羟基磷灰石+氯盐发生沉淀或离子交换反应,生成稳定的Pb5(PO4)3OH和Pb5(PO4)3Cl,降低铅的迁移性和生物毒性。(4)模拟降雨影响实验结果表明,降雨显著影响土壤中铅的浸出,硫化钠修复土壤受降雨影响较大,Pb浸出量以及土壤中有效态Pb含量都明显增加,有效态Pb含量受到降雨类型和降雨p H值交互作用的极显著影响,有效态铅含量在3种修复土壤中最多;磷酸亚铁修复土壤中Pb浸出量变化不明显,有效态Pb含量增加3.7%;羟基磷灰石+氯盐修复土壤中Pb浸出量受降雨类型、降雨p H值的显著影响,但土壤中有效态Pb含量相比其他两种修复土壤明显最少。降雨影响后,硫化钠修复土壤处于中高风险等级,磷酸亚铁修复土壤处于低风险等级,而羟基磷灰石+氯盐修复土壤无风险。因此确定羟基磷灰石+氯盐修复铅污染土壤的长期效果最好,适合进行铅污染土壤修复。本篇论文有图45幅,表18张,参考文献130篇。
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