保水剂对土壤重金属镉形态及生物有效性的影响

基于保水剂所具有的较强重金属吸附能力,近年来已被作为重金属污染土壤的修复候选材料之一,为弄清保水剂如何影响重金属在土壤中的形态转化,通过向镉污染土壤中添加不同用量保水剂后的黑麦草盆栽试验,探讨保水剂(聚丙烯酸钠)对黑麦草吸镉以及对土壤镉形态转化的影响。结果显示,试验所用保水剂对溶液中重金属镉有较强的吸附能力,在镉浓度为200 mg·L^(-1)的溶液中,保水剂吸附镉可达120 mg·g^(-1)以上,添加保水剂可减少镉在黑麦草地上部的积累量。仅添加保水剂处理,60 d后土壤镉下降20%以上。添加保水剂并栽种黑麦草,可使土壤镉附加下降16%以上,培养过程中减少的土壤镉绝大部分被保水剂所吸附。黑麦草根系分泌物对镉的络合可促使难溶性镉向可溶性镉转化,而保水剂通过对可溶性镉的吸附降低了可溶性镉的浓度,促进镉由"残渣态→可氧化态→可还原态→酸溶态"的转化,两者共同促进了土壤镉的降低。添加保水剂一方面促进了土壤中难溶性镉向可溶性镉的化学转化,另一方面又减少了镉在植物体内的积累。因保水剂吸附的镉是否在一定时间后可重新释放出来被植物吸收还不清楚,将保水剂作为钝化剂正式用于修复镉污染土壤之前,还须通过长期的生物学试验加以验证。

添加保水剂和栽种黑麦草对土壤不同形态铅转化的影响

为了探讨保水剂进入土壤后是否影响重金属的存在形态及其减少植物对重金属吸收的原因,首先通过电镜技术对保水剂(聚丙烯酸钠)吸附重金属铅的行为从表面结构和元素组成上进行了表征确认,并在了解其对铅吸附能力的基础上,采用保水剂和黑麦草进行盆栽试验。试验设4个处理(保水剂0%、保水剂0.2%、黑麦草、保水剂0.2%+黑麦草),试验结束后,对土壤不同形态的铅和黑麦草植株地上部的铅含量进行测定。结果显示,保水剂对重金属铅具有较强的吸附能力,其吸附方式以螯合作用和络合作用为主,通过离子交换方式吸附的量很少。单独添加保水剂可促进土壤中易溶性铅向难溶性铅转化,有助于土壤铅的钝化;单独栽种黑麦草促进难溶性铅向易溶性铅的转化,对土壤铅具有活化作用。保水剂和黑麦草的双重作用可导致大量残渣态铅的溶解释放,但释放的铅率先被保水剂吸附,从而使黑麦草体内的铅含量降低。

保水剂对土壤铜形态和植物吸铜的影响

由矿业和养殖业废弃物的排放所导致的土壤铜污染已对农产品安全造成威胁,鉴于保水剂对重金属具有较强的吸附能力,近年来已被人们作为修复重金属污染土壤的候选材料。通过吸附/解吸试验和黑麦草盆栽试验,对保水剂聚丙烯酸钠在溶液中吸附铜的特点及施入土壤后对不同形态铜转化和植物吸铜的影响进行研究。结果表明,在铜浓度为100 mg/L时,保水剂对铜离子具有较大的吸附能力,最大吸附量可达77. 6 mg/g,但铜浓度继续增加时,最大吸附量迅速下降;盆栽试验表明,添加保水剂可促进土壤残渣态铜的释放,所释放铜中的绝大部分被保水剂所吸附,但植物生长却对这个过程有阻碍作用。结果表明,在土壤中添加保水剂不能明显减少短期内黑麦草对土壤铜的吸收,也不能起到明显的钝化土壤铜的作用。

几种材料钝化土壤重金属能力的生物学检验

对土壤重金属污染的修复常采用添加钝化剂的方法,利用钝化剂对土壤重金属的吸持以减少植物的吸收。由于被钝化所吸附的重金属还存在再次释放的问题,因此对钝化材料实际钝化效果的评价应采用生物有效性的指标。采用向土壤中添加原始的或吸附过Cu、Cd后的材料,利用黑麦草可连续进行多茬收获的特点,对生物炭、凹凸棒和硅藻土抑制土壤原有重金属的释放以及抑制自身所吸附Cu、Cd的重新释放能力进行了研究,并采用重金属的“生物有效系数”概念对材料的修复能力进行评价。获得的主要结果如下:(1)材料对重金属吸附量的大小并不一定与田间实际的重金属钝化效果相一致;(2)被生物炭和凹凸棒所吸附的Cu和Cd可在210d内持续释放;被硅藻土所吸附Cu主要在前120d内释放,所吸附的Cd则难以重新释放;(3)生物炭对土壤原有Cu的释放和所吸附Cu的再次释放均有较强的抑制作用,故适合用于Cu污染土壤的修复;凹凸棒对土壤原有Cd的钝化效果较好,而硅藻土抑制自身吸附Cd再次释放的能力更强。

利用保水剂调节污泥发酵起始水分的研究

为解决生活污泥资源化利用中好氧堆肥的水分过高问题,采用添加保水剂的方法对堆体的初始水分进行调节。试验将生活污泥和木屑按C/N为16∶1混合后,通过添加不同量的保水剂,设置成理论初始含水率分别为46%、54%、56%、58%和68%的5个处理。在堆肥过程中,对堆体温度、p H值、EC值、有机质、总氮、铵态氮、硝态氮以及产物的腐熟度指数(GI)等指标进行了测定。实验结果表明:通过添加保水剂调节污泥堆肥的起始水分含量对促进堆肥的好氧发酵过程是完全可行的;适宜的起始堆体含水率有利于发酵过程温度的升高和养分的转化,也有利于产品各项理化指标和养分指标的实现;根据原料和辅料的碳氮比确定混合配比后,可依据拟采用的保水剂在污泥中的吸水倍率,通过理论计算得到将混合原料起始含水率调整到适宜值时所需添加的保水剂量。根据本试验结果得出,在利用保水剂调节污泥堆肥起始水分时,将理论初始含水率设定在54%左右是较为合适的。