钝化剂对废弃石煤矿山铀污染土壤修复效果研究

本文采集江西省内某废弃石煤矿区周边实际铀(U)污染土壤为研究对象,选用泥炭和玉米秸秆炭作为有机钝化剂,以及将沸石和蛭石作为无机钝化剂对污染土壤进行钝化处理,以此考察不同钝化剂对污染土壤理化性质和U形态分布的影响。结果表明,四种钝化剂对污染土壤pH值影响不显著,沸石处理的土壤pH值虽有增加,但对U的钝化效果最不理想;泥炭对污染土壤中U的钝化效果最显著,与污染土壤混合培养5周后,铁锰氧化物结合态U占比降低了15.15%,硫化物及有机物结合态U占比增加了22.22%,与原始土壤中U形态分布对比,残余态U和硫化物及有机物结合态U总占比加和明显增加;蛭石对污染土壤中U也具有一定的钝化效果,与污染土壤混合培养3周后,U形态分布基本趋于稳定,铁锰氧化物结合态含量占比出现了较为明显的降低。

铀污染土壤生物修复技术研究进展

通过文献调研,系统总结了目前针对铀污染土壤生物修复技术的研究成果,包括植物修复、微生物修复、植物-微生物联合修复、植物-微生物-螯合剂联合修复技术。分析了目前的研究中存在的不足并对今后的研究方向提出以下建议:(1)对螯合剂进行改良;(2)培育具有工程应用价值的超富集植物;(3)将现有实验室研究成果应用到大面积铀污染土壤的实地修复中,实现工程应用的目的;(4)对修复后的植物进行合理的减量化、无害化、资源化处理,寻找修复后植物处理的新技术。

特选榨菜对铀污染土壤的修复评价

本文通过两种不同的加铀方式,加入不同种类及浓度的螯合剂,以及土壤改良剂(有机肥、微生物肥料、腐殖酸、尿素)的方法,研究了不同因素对特选榨菜修复铀污染土壤的影响。结果表明:在pH=5时把UO_2(NO_3)_2·6H_2O溶液喷洒入土壤,使土壤中铀污染浓度为100 mg·kg^(-1)时,特选榨菜地上部铀富集的浓度最大可以达到1103.42 mg·kg^(-1),根部为1909.49 mg·kg^(-1),去除率为7.81%;上述含铀土壤放置2年后制备成模拟铀污染的土壤,进而栽种特选榨菜进行修复,在100 mg·kg^(-1)铀污染浓度下,植物上部铀富集浓度最大为295.83 mg·kg^(-1),根部为268.42 mg·kg^(-1),年去除率为2.52%。用Tessier五步连续提取法测定两次修复土壤中铀的形态,发现模拟铀污染土壤比铀喷洒于土壤中有效态的铀(交换态和碳酸盐结合态)要低52.7%;加入柠檬酸、苹果酸等螯合剂以及有机肥、微生物肥料、腐殖酸、尿素等土壤改良剂,在模拟铀污染土壤修复时发现有机肥会降低植物上部对铀的富集;而柠檬酸和微生物肥会增强植物上部对铀的富集。

施用微量元素对菊苣修复铀污染土壤的影响

为了探究施用微量元素对植物修复铀污染土壤的影响,在0、50、100、150 mg·kg^(-1)铀污染土壤中,分别单独施用土壤背景值含量0、1倍和5倍的Mn、Zn、Cu、Mo、B,并测定菊苣实生苗和再生苗植株干重、植株铀含量和铀富集量。结果表明,在铀污染土壤中单独施用Mn、Zn、Cu、Mo、B后,降低了菊苣实生苗植株干重,也降低再生苗植株干重(Zn除外)。在50、100 mg·kg^(-1)铀污染土壤中,每千克土壤施用50 mg B,平均增加菊苣实生苗植株铀含量129.8%,平均增加菊苣实生苗植株铀积累量77.0%;在50 mg·kg^(-1)铀污染土壤中,每千克土壤施用50 mg B,增加菊苣再生苗植株铀含量80.1%,增加再生苗植株铀积累量17.87%。因此,在中低浓度铀污染土壤,施用适量的B肥,可以提高菊苣植株铀含量和铀积累量。本研究为提高铀污染土壤的植物修复效率提供了理论依据。

交流电场与Fusarium sp.A-2耦合对博落回修复铀污染土壤的强化作用

通过盆栽试验研究了交流电场(AC)与Fusarium sp.A-2(A-2)真菌耦合对博落回(P)的生物量、富集铀(U)性能、酶活性以及根际土壤中有机酸含量、生物可利用态铀、根际微生物群落结构的影响.结果表明,在铀(U)污染土壤中,与AC+P+U、A-2+P+U和P+U相比,AC+A-2+P+U组博落回的鲜重、株高、总干重分别升高了10.67%~45.76%、26.87%~92.02%和61.99%~159.98%;总超氧化物歧化酶(T-SOD)和过氧化氢酶(CAT)含量分别提高了41.24%~133%和15.35%~63.63%;根际土壤中草酸显著增加了13.03%~157.09%;与A-2+P+U和P+U组相比,AC+A-2+P+U组土壤中生物可利用态铀分别提高了12.5%和28.57%.在AC+A-2+P+U组,植物根际土壤中存在大量的镰刀型菌(Fusarium)真菌属和酸杆菌属(Acidobacteria)等细菌菌属,且镰刀型菌属(Fusarium)占比最高,与AC+P+U、A-2+P+U、P+U和A-2+U组相比,Fusarium分别提高了16.67%、81.03%、299.23%和374.47%.AC和A-2耦合强化博落回修复铀污染土壤的可能机理包括AC提高了铀在土壤中的流动性,增加了植物根部与铀的接触,促进了铀的富集;AC刺激了博落回的生理活性,增大了博落回的生物量,提高了抗氧化酶活性,使博落回对铀的耐受性增强;AC刺激了A-2真菌和酸杆菌属(Acidobacteria)的生长,使其比例增大,从而产生大量的有机酸,与铀形成螯合物,降低了铀对植物的胁迫作用,提高了生物可利用态铀的占比,促进了博落回对铀的富集.AC与A-2真菌耦合对P修复铀污染土壤有显著的强化作用,是一种有潜在应用前景的强化方法.

氧化硫硫杆菌对电动修复铀污染土壤的强化作用

先构建一电动修复单元,研究了修复时长、电解液及电压梯度对电动修复铀污染土壤的影响。结果表明,在修复时长为7 d、电解液为0.1 mol/L柠檬酸与0.03 mol/L氯化铁混合液、电压梯度为1 V/cm及电极为石墨电极的条件下,该电动修复单元的修复效果达到最优;再在此基础上,向此电动修复单元接种氧化硫硫杆菌,构建一微生物-电动修复单元,研究了微生物对电动修复铀污染土壤的强化作用。结果表明,电动修复单元与微生物-电动修复单元中铀的去除率分别为65.12%和70.68%。氧化硫硫杆菌对电动修复铀污染土壤具有显著的强化作用,微生物-电动修复是一种有发展前景的强化方法。

黑麦草和小白菜间作强化修复铀污染土壤的动态特征研究

以矿区铀污染土壤为研究对象,选取黑麦草与小白菜进行间作处理,通过盆栽模拟试验,探究植物间作对土壤铀的动态吸收特征以及间作体系中植物根系对根际土壤有机酸种类和含量的影响。结果表明,在植物生长的不同阶段采样,间作模式下黑麦草和小白菜的地上部生物量均在接近收获期的第7周和第6周达到最大值,分别为562.577和344.507mg/盆;在生长的中后期,黑麦草和小白菜的地上部和根部铀累积量也达到最大值,分别为142.969和65.727g/盆;间作模式下黑麦草和小白菜根际土壤铀含量在不同收获时间下存在显著性差异,在生长期的前4周,根际土壤铀含量下降速度缓慢,从第5周开始,根际土壤铀含量呈显著下降趋势,在接近收获期分别降至为124.5和145.167mg/kg,较生长初期降低了40%左右;黑麦草和小白菜在间作模式下根际土壤中有机酸的种类均多于其它处理组;间作黑麦草和小白菜地上部和根部铀含量与根际土壤微环境中主要指标之间均呈正相关关系。

江西某铀矿尾矿库周边铀污染土壤综合治理策略研究

我国耕地资源极其匮乏,土壤污染形势严峻。针对铀矿区污染土壤修复和铀资源化研究国际上尚未见报道,本文在对721铀矿尾矿坝周边环境及污染区自然生长植物对铀的富集能力深入调研后,探讨了一套以植物修复为主,客土覆盖为辅的土壤修复方法,并结合当今生态农村建设所提倡的循环经济理论(减排、资源化、再利用的"3R"),提出对富集后植物收割后集中降解,将其转化为绿色能源,采用特效吸附材料对铀资源进行回收的综合治理方案。通过对铀污染土壤中铀的提取,同时实现土壤修复与铀的资源化,为我国铀矿尾矿坝周边污染土壤绿色修复与铀资源化奠定基础。

向日葵对铀污染土壤修复的研究进展

铀矿开采为我国核工业发展作出巨大贡献的同时,其尾矿堆积导致的土壤铀污染问题也日益严重,对生态环境和人类健康产生了极大威胁,对我国严守18亿亩(折合1.2亿hm^(2))耕地红线的目标带来了严峻挑战。植物修复技术因其操作简单、成本低廉、安全环保、环境扰动小等优势,受到环保者和学术界的青睐。自发现向日葵对铀有较强的富集能力以来,学术界对其开展了广泛研究,并认为向日葵是一种良好的铀污染土壤修复植物。向日葵生物量大,光合作用强,广泛种植可助力我国“碳达峰、碳中和”目标的实现。本文总结了向日葵的特征和修复铀污染土壤的优势;铀对向日葵种子发芽、植株生长发育的影响,向日葵的铀胁迫响应与不同部位的铀富集特征,影响向日葵修复铀污染土壤效果的因素;向日葵抗氧化酶系统、区室化和植物螯合肽的解毒机制;添加化学促进剂、施用肥料、生物炭、微生物及施加电场等外源物质对向日葵修复铀污染土壤的调控作用等研究进展,分析了向日葵修复铀污染土壤研究的不足,为将来向日葵修复铀污染土壤研究提供了新思路。

化学淋洗法对铀污染土壤的修复效果研究

采用振荡淋洗方法对三种粒径(+2mm、-2mm+0.15mm、-0.15mm)某尾矿库周边铀污染土壤进行去污试验,选用盐酸、硝酸、柠檬酸、草酸为淋洗剂,通过控制淋洗浓度、液固比、时间、温度、混合淋洗等因素来确定较优的淋洗条件。结果表明:各淋洗剂对铀污染土壤的去污效果为草酸>盐酸>硝酸>柠檬酸;当淋洗浓度大于0.5mol/L、淋洗时间大于8h或液固比大于10∶1时,其淋洗效果都逐渐趋于稳定;提高淋洗温度可显著提升淋洗效果;选用草酸+盐酸和草酸+硝酸两组较优混合淋洗组合对全粒径土壤进行淋洗时,土壤中铀去除率均达50%以上,总含铀量分别降至27.15、24.32mg/kg,均达到土壤修复目标(40mg/kg)。

黑麦草修复铀污染土壤的根际效应分析

选取黑麦草作为供试植物,通过模拟根箱栽培试验,探究在不同外源铀下黑麦草修复铀污染土壤的根际效应。研究结果表明:黑麦草植株地上部和根部铀含量直接受外源铀浓度影响,黑麦草地上部分和根部富集系数均大于1,但转运系数均小于1,黑麦草主要将铀富集在根部,同时,土壤铀含量达到一定水平会抑制黑麦草的生长导致其生物量降低。根际土壤与非根际土壤中铀主要以惰性铀的形式存在。随着土壤铀浓度的增加,根际处惰性铀的含量明显低于非根际处,这表明根际土壤对惰性铀具有活化作用,植物根系分泌物促进惰性铀的转化,将惰性铀转化为可被植物吸收的活性铀或潜在活性铀。

电动力联合可渗透反应墙修复铀污染土壤试验研究

以铀浓度为80 mg/kg的铀污染土壤作为研究对象,分别采用电动(EK)和电动-可渗透反应墙(EK-PRB)联合修复技术对铀污染土壤进行了修复对比试验,并重点考察了电流强度、pH、铀残余量和去除率等因素的变化,以及分别对两种方法修复效果的影响。结果表明,在初始pH为4.35,电压梯度1 V/cm的条件下,铀离子随着电渗流往阴极迁移效果明显。经过168 h的修复后,EK-PRB修复技术对铀的去除率最大,要比EK修复技术提高46.5%。研究表明,EK-PRB联合修复技术比单独EK修复技术有明显的优势,在修复铀污染土壤方面具有良好的发展应用前景。

铀污染土壤淋洗去污实验研究

以碳酸盐作为淋洗剂,以高锰酸钾(KMnO4)或双氧水(H2O2)为氧化剂,研究了淋洗去污修复铀污染土壤技术。实验结果表明:当碳酸根浓度为0.5 mol/L,淋洗速率为1.0 mL/min,氧化剂用量与U(IV)摩尔比为2∶1时,污染土壤中铀的去除率能够达82.4%。

土壤中铀污染修复技术研究进展

铀及其衰变产物引起的土壤污染是全球关注的重大环境问题,不仅会引起生态风险,还会对人体健康造成威胁。因此,如何有效地解决铀污染、完善铀污染土壤修复技术体系,是实现铀矿冶行业可持续发展的关键。目前,铀污染土壤的修复技术主要有物理-化学修复、生物修复以及联合修复3种方式。本文首先介绍了铀在土壤中的赋存形态及其危害,然后对各种修复技术的研究现状及优缺点进行了详细综述,阐述了铀污染修复的影响因素,最后总结了目前铀污染土壤修复技术存在的挑战,并展望了该领域修复技术未来的发展方向,以期在实际应用中充分结合环境因素和各种修复方法的适用性,选择合适的修复技术实现污染土壤中铀的高效去除。

不同牧草在铀胁迫下生长及铀富集的比较研究

为考察牧草在铀污染土壤植物修复中的潜在应用价值,对24种牧草进行铀胁迫下的种子萌发分析,再通过盆栽措施考察优势牧草在铀胁迫下的苗期生长及铀富集情况。结果表明,有7种牧草种子在铀胁迫下具有较好的发芽能力,<50 mg·L^(-1)铀对种子萌发具有一定的促进作用,>100 mg·L^(-1)则有明显的抑制作用。不同铀浓度条件下牧草各品种之间的生长差异显著。通过对牧草苗期的铀富集情况分析,发现在150 mg·kg^(-1)和50 mg·kg^(-1)铀胁迫下,单盆铀富集量较大的分别为多花黑麦草(10.36 mg·pot^(-1))和单年生黑麦草(3.58 mg·pot^(-1));多花黑麦草在100 mg·kg^(-1)铀胁迫下的转移系数最高(0.87),而苏丹草在各浓度铀胁迫下的转移系数相对较低。因此,针对不同情况铀污染土壤可选用不同牧草进行生态修复。本研究为铀污染土壤的生物治理提供了新的资源和理论依据。

一株耐铀镉真菌菌株的筛选及其耐铀镉特性的研究

从生长在铀尾矿库区的博落回的根系中,分离出了一株耐铀镉真菌菌株A-2。在固体培养基上,铀和镉对该菌株的最低抑菌浓度(MIC)为160 mg/L和160mg/L,而在液体培养基中,铀和镉对该菌株的MIC为80 mg/L和80 mg/L。经形态学观察和分子鉴定,该菌株属于镰刀菌属,其GenBank登录号为MH978624,可命名为Fusarium sp. A-2。进一步的试验研究结果表明,该菌株在铀镉胁迫下会分泌大量草酸、苹果酸和丁二酸,与铀镉络合,降低了铀镉对菌株的毒性,这可能是该菌株具有高耐铀镉性及能减轻铀镉毒害的机理之一。该菌株在土壤铀镉复合污染治理中具有潜在应用前景。

电动修复过程中电解质浓度对U(Ⅵ)迁移和能耗的影响

采用了柠檬酸与氯化铁组合的一种复合电解质,研究不同的电解质浓度对U(Ⅵ)的迁移行为和能量利用率的影响.结果表明:柠檬酸和氯化铁的最佳浓度为0.1mol/L CA+0.03mol/L FeCl3,该浓度时铀的去除效率约为(61.55±0.41)%,累积消耗能量为0.2559kW·h,能量有效利用率β为(0.24±0.02)×10^3.采用Visual MNIETQ软件模拟铀在pH值为3.0的柠檬酸和氯化铁溶液中的存在形式,结果表明主要以大量铀-柠檬酸根络合物(UO2-Citrate-)和少量的铀酰离子(UO2^2+存在,此时铀主要从阴极向阳极迁移.当氯化铁浓度增加至0.05mol/L时,铀的去除率相应减少,产生此现象与电渗流强度及方向、氢氧化铁胶体吸附等因素有关.相较于单一的柠檬酸和盐酸,以柠檬酸和氯化铁组合的电解液具备去除效率高、浸出毒性低、土壤修复后危害小等优势.

铀胁迫对植物光合特性的影响及植物对铀的吸收转移

在铀污染土壤的二次修复中,采用7科12种植物,研究铀胁迫对植物光合作用、叶绿素荧光特性的影响以及植物对铀的吸收、富集情况,为铀污染土壤的植物修复提供理论和方法依据。结果表明:(1)铀胁迫显著影响红圆叶苋、苍耳、美洲商陆、刺天茄和苘麻5种植物的光合效率,具体表现为叶片净光合速率(Pn)降低,胞间CO2浓度(Ci)增加,初始荧光(F0)增加,光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qP)和最大相对电子传递速率(rETRmaxr)降低;而反枝苋、菊苣、鬼针草、向日葵和牛皮菜则对铀胁迫表现出较好的耐性。(2)酸模、鬼针草、苍耳和向日葵吸收富集铀的能力较强,在铀含量为485 mg/kg的二次修复土壤中生长3个月,体内积累的铀含量分别为363.57、91.87、75.80和65.42 mg/kg;而反枝苋、牛皮菜和美洲商陆吸收富集铀的能力较弱,体内的铀含量分别为16.20、15.11和12.36 mg/kg。(3)铀在植物体内的转移能力较差,器官间的铀富集能力一般表现为根>叶>茎>果。综合比较而言,酸模、向日葵和鬼针草对铀的耐性较强、体内铀含量高,可作为铀污染土壤二次修复植物。