生活垃圾渗沥液污染红壤的生态效应及修复机理研究

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生活垃圾渗沥液中含有高浓度的有机物、氨氮等,也含有一定浓度的重金属及多种有害污染物,进入土壤后对土壤造成严重污染并进一步污染地下水。目前,较多的渗沥液研究集中在渗沥液中各类污染物的浓度变化及其处理技术,而土壤污染研究侧重在较单一的如重金属,盐类、含砷、硒、氟的化合物等无机污染物或有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂等有机污染物。对渗沥液污染土壤的综合生态影响研究及相关修复技术研究较少。本文研究了垃圾渗沥液进入土壤后对土壤酶、pH、呼吸强度、浸出氨氮和浸出毒性(梨形四膜虫致死率)等影响的生态效应及污染机理。在此基础上研究了牛粪有机肥和天然沸石及其改性产品作为修复剂,单一修复和联合修复的效果。主要研究内容和结论如下:(1)垃圾渗沥液进入土壤后的生态效应。渗沥液对土壤生态指标影响随剂量增加而变化,浸出毒性(原生动物致死率)对污染剂量反应最敏感。采用不同剂量的渗沥液对选定红壤进行浇灌试验,然后进行温室恒温培养,定期检测被渗沥液污染土壤各项参数变化。研究结果表明,低剂量渗沥液对土壤pH无明显影响,而高剂量的渗沥液则会使土壤pH降低并且较长时间处于较低值,浇灌初期对土壤呼吸强度有微量抑制影响,对淀粉酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性在一定时期内具有促进作用,渗沥液污染提高了土壤的氨氮含量;此外,pH与浸出毒性(致死率)呈显著负相关(p<0.05),梨形四膜虫作为毒性指示生物可以很好的反应土壤受污染的程度。渗沥液的污染效应主要归因于氨氮、重金属等有毒有害成分。(2)牛粪有机肥对土壤污染修复效果及机理分析。牛粪有机肥作为修复剂可以有效改善渗沥液污染土壤的生态指标,并降低其二次污染风险。研究结果表明,牛粪有机肥可以有效提高土壤pH的缓冲能力,对土壤浸出氨氮含量具有短期的提升作用,氨氮含量随后逐渐降低至正常值。牛粪有机肥在初期会轻微土壤呼吸强度,但其可以有效提高渗沥液污染土壤的淀粉酶、过氧化氢酶和蔗糖酶水平,因为其同时改善了土壤肥力和颗粒形态。渗沥液污染土壤的浸出毒性出现显著降低(15%-20%),而修复机理主要表现应为提高土壤微生物活性、增强共代谢作用和降低重金属生物有效性等方面。(3)天然沸石及其改性产品对土壤污染修复效果及机理分析。天然沸石及其改性产品作为修复剂对污染土壤相关生态指标不同阶段均存在不同程度的影响。研究结果表明,在改性条件为6%的NaCl溶液浸泡和960W微波处理时,氨氮和COD的吸附效果最好;各种沸石均能显著提升渗沥液污染土壤的pH,作用机理主要为沸石的离子交换和中和作用,高剂量沸石会过度提高土壤碱性,改性沸石对土壤pH提升作用弱于天然沸石;沸石加入后促进了土壤微生物的呼吸作用、淀粉酶和蔗糖酶活性,但过量的沸石则会因为碱度较强而产生抑制作用;沸石加入渗沥液污染土壤后在整个培养期对过氧化氢酶均存在轻微的抑制作用,作用机理可能为碱性过氧化氢的生成或土壤碱度过高;适宜剂量的沸石加入后对污染土壤浸出毒性有较好的控制作用,改性可以强化沸石的修复作用。(4)牛粪有机肥和沸石的联合修复效果。牛粪有机肥和沸石联合修复可以显著改善土壤的酸碱环境,使土壤pH处于适宜生物生存的范围(pH:7.0-8.5);联合修复可以增强污染土壤的呼吸强度,25g剂量牛粪有机肥和15g沸石联合修复效果最优;二者联合还可以有效增强土壤淀粉酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,避免了沸石会引起碱性过强的弊端;联合修复在培养初期可以显著减少氨氮的浸出量,而在培养末期则作用效果不明显,对降低污染土壤浸出毒性有显著效果(15%-20%),修复后的整体效果优于两种材料单独修复时的效果。牛粪有机肥剂量与土壤pH和淀粉酶活性呈显著正相关(p<0.05),沸石微波改性时间与淀粉酶活性呈显著正相关(p<0.05)。牛粪的作用机理主要为腐殖质等营养物质的补充,沸石的作用机理主要为吸附和离子交换作用。
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