生活垃圾焚烧系统中Pb和Cd的迁移转化特性

为明晰垃圾焚烧系统中Pb和Cd的迁移转化特性,以处理规模500 t/d的城市生活垃圾焚烧系统为研究对象,对系统中不同位置产生的灰渣中Pb和Cd富集特性、浸出毒性和赋存形态进行分析。结果表明:底渣和二三烟道中主要晶相矿物为SiO_(2)和CaCO_(3),水平烟道灰、尾部烟道灰中主要晶相矿物为SiO_(2)、KCl、NaCl、CaCO_(3)和CaSO_(4),布袋除尘器灰中CaOHCl为Ca(OH)_(2)吸收HCl形成的产物;Cd和Pb分别在尾部烟道灰和布袋除尘器灰中富集程度最高,水平烟道灰中Cd、尾部烟道灰和布袋除尘器灰中Pb和Cd的浸出浓度高于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)限值;底渣和二三烟道灰中Pb以多种赋存形态存在,水平烟道灰和尾部烟道灰中Pb主要以残渣态形态存在,随着烟气温度的降低,尾部烟道灰和布袋除尘器灰中的酸可溶态Pb含量有所上升;底渣和二三烟道灰中Cd主要以可还原态和残渣态形态存在,水平烟道灰和尾部烟道灰中Cd主要以酸可溶态形态存在,布袋除尘器灰中酸可溶态Cd明显减少,主要为可还原态。

矿区Cd污染稻田生物炭生态原位钝化及Cd形态转化

为探究生物炭对矿区Cd污染稻田土壤原位钝化生态修复效果,进行稻田土壤Cd污染修复试验,设置海泡石(BC1)、生物炭(BC2)、空白对照(BC3)3种处理。采用梯度扩散薄膜(DGT)技术研究水稻根际土壤Cd生物有效性,明确其对水稻根际土壤Cd生物有效性和土壤Cd形态转化的影响。结果表明:生物炭影响矿区Cd污染稻田水稻根际土壤Cd形态比率。生物炭改变稻田土壤中Cd形态,明显提高土壤中残渣态Cd含量占比,提高幅度达27.84%,利于其他形态Cd向更稳定的残渣态转变。生物炭改变矿区Cd污染稻田水稻根际土壤Cd生物有效性。与空白对照相比,生物炭使水稻收获期的根际土壤Cd生物有效性降低了40.90%,土壤中有效态Cd含量降低了9.53%;海泡石处理的土壤Cd生物有效性比生物炭处理的土壤Cd生物有效性降低了83.90%,海泡石处理的土壤有效态Cd含量比生物炭处理的土壤有效态Cd含量降低了7.73%。生物炭可提升矿区Cd污染稻田土壤质量。生物炭改善了水稻土壤质量;与空白对照相比,生物炭处理的土壤有机质提高了6.75%,土壤阳离子交换量升高了8.44%,土壤pH值提升了7.44%;与海泡石对照相比,生物炭处理的土壤有机质提高了2.95%,土壤阳离子交换量升高了9.22%,土壤pH值降低了13.33%。研究表明,生物炭原位钝化能有效降低矿区Cd污染稻田土壤Cd生物有效性,提升生态修复水平。

河北主要土壤中Cd、Pb形态与油菜有效性的关系

当今土壤重金属污染日趋严重而表征土壤污染程度的指标不够完善、相关性亦较差。为此 ,采用网室盆栽试验 ,研究了河北平原主要土壤类型潮土和潮褐土上 Cd、Pb的化学形态特征及其与油菜植株干物重、油菜吸收重金属含量的关系。结果表明 Cd对油菜的毒害作用大于 Pb。总量及各形态 Cd、Pb含量与油菜可食部分干物重呈负相关 ,对油菜干物重影响最大的是交换态 Cd、Pb。而对油菜吸收 Cd、Pb贡献最大的形态是碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态。深入研究重金属形态与植物有效性间的关系 ,可为进一步揭示重金属的生物有效性 ,为更准确评价土壤重金属污染程度提供理论依据 。

绿化植物废弃物对土壤中Cu Zn Pb和Cd形态的影响

利用自制的Cu、Zn、Pb和Cd污染的灰潮土和黄泥土,通过室内培养实验研究了不同绿化植物废弃物添加量和不同培养时间对这两种污染土壤中这4种重金属形态的影响。结果表明,绿化植物废弃物的加入抑制了Cu的活化,且添加60%绿化植物废弃物时有机结合态Cu的含量最高;绿化植物废弃物与污染土培养2～3个月时,残余态Zn的含量最高,对植物的毒害最小;绿化植物废弃物添加量为60%时灰潮土中有效态Pb含量较低,而添加量为30%时黄泥土中有效态Pb含量最低;绿化植物废弃物添加量的多少对灰潮土Cd形态的影响较小,但黄泥土中的Cd则随绿化植物废弃物量的增加活性逐渐减弱,且两种土壤均在培养2～3个月时可交换态Cd的含量最低。

河北主要土壤中Cd和Pb的形态分布及其影响因素

采用网室盆栽试验和大田取样 ,运用连续提取方法 ,研究了河北平原潮土和潮褐土两种土壤中Cd、Pb的化学形态特征及与其影响因素的关系。结果表明 :随着Cd、Pb污染程度的增加 ,其交换态有增加趋势。当高浓度重金属污染土壤时 ,Cd(潮土 >1mgkg- 1、潮褐土 >5mgkg- 1)主要以交换态存在 ,并表现为 :交换态 >碳酸盐结合态 >铁锰氧化物结合态 >有机结合态 >残留态 ;Pb主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态存在。在低浓度重金属污染的土壤中 ,Cd (潮土 <1mgkg- 1、潮褐土 <5mgkg- 1)的残留态、有机结合态成倍增加 ,甚至超过交换态 ,表现为 :残留态 >碳酸盐结合态 >有机结合态 >交换态 >铁锰氧化物结合态 ;Pb主要以铁锰氧化物结合态和残留态存在。Cd、Pb在土壤中的分布与土壤的pH值 ,有机质含量密切相关。

伴随阴离子对土壤Cd形态转化的影响

化学性质各异的伴随阴离子通过影响进入土壤的外源Cd2＋后的形态转化,而影响其迁移特性和生物毒性.对此进行了解将有助于采取相应的防治镉污染的技术措施.通过室内连续培养试验（0-70 d）,研究了伴随阴离子（NO3^-、C1^-、SO4^2-）对Cd^2＋在土壤中的吸附特性、形态分配与转化特性的影响.结果表明,伴随阴离子对添加外源Cd2＋溶液后的土壤Cd 吸附作用能力表现为：SO4^2-〉NO3^-〉C1^-;SO4^2-处理在20 d 时吸附率达最大值（93.61%）;NO3^-与C1-处理在30 d 时吸附率达最大值,分别为82.25%、67.97%.初始状态土壤中Cd 主要以残渣态存在,可交换态Cd 含量与比例最低,占总Cd 含量不到10%.添加1.0 mmol·L^-1 外源Cd2＋处理后,在培养期内（0-70 d）,表现为可交换态Cd 含量〉铁锰氧化物结合态Cd 含量〉碳酸盐结合态Cd 含量〉残渣态Cd 含量〉有机结合态Cd 含量.土壤可交换态Cd 在0-70 d 分配系数达到38%-61%,其中SO4^2-处理培养10 d 达到最大值（61.09%）,NO3^-与C1^-处理30 d 时达到最大值（分别为43.74%和41.80%）.土壤碳酸盐结合态Cd 含量在30 d 时趋于饱和,其含量（0-70 d）表现为SO4^2-〈C1^-〈NO3^-.3 种伴随阴离子处理的土壤铁锰氧化物结合态Cd 含量在0-50d 无显著性差异.有机结合态Cd 和残渣态Cd 含量随着培养周期延长而逐渐增加,但其吸收转化分配比例相对可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态低.从生物利用度系数来评价镉形态的危害程度,初始状态土壤中其危害程度表现为生物潜在可利用态〉生物难利用态〉生物易利用态.添加1.0 mmol·L^-1 的外源Cd2＋溶液后,SO4^2-处理的表现为：生物易利用态〉生物潜在可利用态〉生物难利用态;C1^-和NO3^-处理的表现为生物潜在可利用态〉生物易利用态〉生物难利用态.这表明,镉形态在SO4^2-处理伴随下对土壤造成的危害程度相对C1^-和NO3^-处理严重.外源Cd^2＋溶液进入土壤主要转化为可交换态Cd（SO4^2-〉NO3^-〉C1^-）,SO4^2-处理培养10 d 达到最大值（转化系数为61.09%）.可交换态Cd 在土壤中具有较强的迁移性,容易被生物吸收利用,对环境影响最大.

Cd、Pb投加浓度对其在黑土中化学形态分布及油菜生长和吸收Cd、Pb的影响

采用室内模拟实验和连续形态分级方法研究了Cd、Pb投加浓度对其在黑土中化学形态分布及油菜生长和吸收Cd、Pb量的影响。结果表明:随Cd、Pb投加量的增加,土壤中Cd交换态含量增幅较大,Pb碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化物结合态含量增幅较大;外源Cd在土壤中的存在形态以交换态和残留态为主,Pb的交换态比例相对较低,其存在形态主要为残留态;土壤Cd、Pb投加浓度较低时,促进了油菜的生长,投加浓度较高时,对油菜生长的抑制作用较为明显;地下部分Cd、Pb含量远高于地上部分,与Cd相比,Pb向地上部的迁移率相对较小;土壤中Cd、Pb各形态含量与油菜地下、地上部分吸收的Cd、Pb量均呈显著正相关,与干质量呈负相关;交换态Cd、Pb对油菜干质量影响最大,碳酸盐结合态对油菜吸收Cd、Pb的贡献最大。

基于Tessier-AAS法的华中大农区污染红土Pb赋存形态非生物转化机制研究

土壤重金属污染已成为人类面临的共同挑战,典型的重金属污染场地包括金属矿山、公路沿线、工业集中区、农业耕地等。对于事关农业安全生产的大农区,土壤超量重金属往往导致农产品品质下降甚至使用价值丧失,由此造成的经济损失不可估量。实际上,农作物体内累积重金属量与土壤"活性"重金属关系更加密切,这部分重金属主要以可交换态存在,在一定条件下能够与碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化态、有机结合态和残渣态相互转换。因此,明确土壤条件对重金属有效性的作用规律,有望从源头上降低重金属对农作物的污染风险。基于前期研究成果,以华中大农区酸性网纹红土为检测对象,采用Tessier连续提取-原子吸收光谱法(AAS)揭示不同条件对红土Pb形态转化的非生物调控机制。结果表明:红土样品Pb总量为32.56mg·kg-1,低于《土壤环境质量标准》一级标准推荐值,但比全国土壤Pb平均含量要高。不同形态Pb含量分布为残渣态>Fe-Mn氧化态>有机结合态>碳酸盐结合态>可交换态,其中残渣态Pb占Pb总量的54.55%。红土pH值通过改变无机胶体和有机质表面电荷量来控制Pb的结合行为和可交换态含量;不同含水率导致红土氧化还原电位差异,进而影响Pb的形态转化行为。此外,秸秆加入量和老化时间也能改变Pb的形态分布,但残渣态Pb含量始终最高。红土Pb的Muller指数Igeo为0.302 5,表明土样采集区人为污染值得注意。Tessier连续提取-AAS法能有效表征红土Pb赋存形态的非生物转化机制。

蔬菜产地酸性土壤中Pb、Cd、Cr形态分析研究

在海南岛中部市县采集了8种蔬菜及其产地酸性土壤样品,采用连续浸提法分析土壤样品中Pb、Cd、Cr元素的水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态、残渣态以及全量态等的含量,同时测定了对应蔬菜样本中Pb、Cd、Cr的含量,探讨酸性土壤Pb、Cd、Cr元素的形态分析方法、分布规律及对蔬菜含量的影响。结果表明:Pb、Cd、Cr元素形态分析结果的符合率分别为107%、94%和81%。3元素各形态含量占全量的百分比大小顺序分别为:Pb元素的残渣态>铁锰氧化物结合态>有机物结合态>碳酸盐结合态>离子交换态>水溶态;Cd元素的碳酸盐结合态>残渣态>离子交换态>水溶态>有机物结合态>铁锰氧化物结合态;Cr元素的残渣态>有机物结合态>水溶态>铁锰氧化物结合态>离子交换态>碳酸盐结合态。土壤中有70%以上的Pb、Cr离子处于被固定的状态(即残渣态),不容易被植物吸收,而有70%以上的Cd离子处于活化状态,容易被植物吸收,说明Cd元素是蔬菜无公害安全质量生产中重要的风险控制指标。

长江口悬浮体中Pb、Mn、Cd、Fe的形态分析

本文参照Tessier推荐的方法,采用顺序提取法测定了长江口内外悬浮体中Pb、Mn、Cd、Fe元素五种化学形态的含量,并研究了盐度从接近零到33之间各重金属元素形态的分布和变化。

Pb污染土壤的钝化处理及Pb形态转化研究

将矿粉∶水泥熟料∶硅粉以51∶9∶40的质量比混合配制钝化剂处理人工配置Pb污染土(Pb分别为500、10 000mg/kg),通过对固化体试件力学性能、Pb浸出特性及形态分布的分析,探究土壤钝化剂对Pb的钝化效果与钝化机制。结果表明,两种Pb污染土经钝化处理后,养护28d的固化体试件无侧限抗压强度均能达到2.0 MPa以上,满足填埋的强度需求。其中,低浓度固化体试件养护28d的Pb浸出质量浓度均在0.6mg/L以下,Pb的钝化率高达97%以上。高浓度固化体试件养护28d的Pb浸出质量浓度降至50mg/L以下,Pb的钝化率达87%以上。钝化处理后,土壤中的Pb从不稳定的酸可提取态、可还原态向稳定的可氧化态、残渣态转化,磷化物及氯化物的添加可以增强钝化剂对Pb的钝化效果。钝化剂水化生成钙矾石和水化硅酸钙,并与Pb发生化学吸附及同晶替代反应生成固溶体是Pb钝化的主要机制。

北京城近郊区土壤中Cd的释放、形态转化与演变趋势

在对北京城近郊区主要类型土壤(潮土和褐土)中Cd形态分析的基础上,研究pH与土壤中Cd的释放量及其形态转化的关系。结果表明:潮土和褐土中Cd的释放量曲线都呈下凹的弧形,在pH=6～7之间释放量最低。pH对土壤中Cd释放的影响,其本质是土壤中Cd的化学形态发生了变化,各形态间的转化以水溶态为中介体。所有的形态转化中,pH对交换态和碳酸盐结合态影响最大,且这两者之间的转化对生物有效量起决定性作用。进而根据北京城近郊区土壤中生物有效Cd的分布状况,结合北京市近12年监测的大气pH值,对北京城近郊区土壤Cd污染进行预警。

四川盆西平原区裸土扬尘中Pb、Cd化学形态的生物有效性

为探究四川盆西平原区裸土扬尘中Pb、Cd总质量分数与其生物有效性的规律,在构建的“阳离子型污染物土壤表层运移行为研究系统”内进行模拟起尘试验,对土壤样品进行Pb、Cd模拟污染试验,结果表明:试验条件下,四川盆西平原区裸土扬尘颗粒物中Pb、Cd的总质量分数随着粒径的减小而增大,其中Pb的化学形态以碳酸盐结合态为主(44.34%~57.39%),而Cd的化学形态则以可交换态(49.17%~53.30%)和碳酸盐结合态(33.95%~37.56%)为主;Cd的生物有效性高于Pb的生物有效性,Pb、Cd的生物有效性均随着扬尘颗粒物粒径的减小而增大。

海南岛砖红壤中铅、镉的化学形态与转化

采用土培实验和连续提取-原子吸收分光光度法,研究了重金属Pb、Cd在海南岛花岗岩砖红壤中的形态组成、外源Pb、Cd污染及化学修复剂磷、钙、硫对土壤重金属形态的影响。结果表明:在供试原土壤中,重金属Pb的化学形态以结合态和残余态为主,土壤有效态Pb含量较低,其中残余态Pb>有机质结合态Pb>铁锰氧化物结合态Pb>碳酸盐结合态Pb>交换态Pb>水溶态Pb,说明土壤Pb的环境风险较低;重金属Cd的化学形态以铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态为主,土壤中交换态Cd含量较高,其中铁锰氧化物结合态Cd>碳酸盐结合态Cd>交换态Cd>有机结合态Cd>残余态Cd>水溶态Cd,说明土壤Cd的环境风险较高。当外源Pb、Cd污染土壤时,有铁锰结合态Pb>残余态Pb>有机态Pb>碳酸盐结合态Pb>交换态Pb>水溶态Pb,交换态Cd>铁锰氧化物结合态Cd>碳酸盐结合态Cd>残余态Cd>有机态Cd>水溶态Cd的趋势。向污染土壤施加化学改良剂过磷酸钙、硫化钠和石灰,能显著降低水溶态Pb、Cd和交换态Pb、Cd的含量,并使有机结合态Pb、碳酸盐结合态Pb和铁锰氧化物结合态Pb含量下降,但残余态Pb、碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd和有机态Cd有增加的趋势,残余态Cd的含量基本稳定。

四川盆西平原区裸土扬尘中Pb、Cd化学形态的尺度效应

为了探究四川盆西平原区裸土扬尘中Pb、Cd总量与其尺度效应的关系,模拟土壤样品的Pb、Cd污染,通过实验室内的模拟起尘研究系统对土壤样品开展试验,对各粒级悬浮颗粒物中Pb、Cd的赋存状态及其尺度效应进行分析,并进一步对土壤中的黏土颗粒进行提取分析,结果表明:试验条件下,随着粒径的减小,Pb、Cd在四川盆西平原区裸土扬尘颗粒物中的总质量分数却增加,呈现出负相关;Pb的碳酸盐结合态、铁锰水合氧化物结合态主导着其全量的尺度效应,Cd的交换态、碳酸盐结合态、铁锰水合氧化物结合态主导着其全量的尺度效应;裸土扬尘中黏土矿物(伊利石+绿泥石)的尺度效应是影响其Pb、Cd化学形态尺度效应的重要因素。

土壤pH值对冻融黑土重金属Cd赋存形态的影响

冻融作用对不同土壤pH值的重金属Cd赋存形态的转化产生显著影响,以24h为一个冻融周期,对2.5mgCd·kg-1的黑土冻融8次的实验结果表明,pH值6.0～4.5时,冻融作用促进重金属交换态和有机结合态Cd含量增加,铁锰氧化物结合态和残渣态Cd含量降低;pH值6.0～9.5时,冻融作用促进交换态和有机结合态Cd含量降低,铁锰氧化物结合态和残渣态Cd含量增高。从重金属Cd赋存形态的转化可得,随着土壤pH值的升高,冻融作用促进重金属Cd生物有效态含量降低。

外源Cd^(2+)在土壤各级微团聚体中的含量和形态分布

采用室内培养和室内分析相结合的方法,研究了外源Cd2+进入土壤30d后,在土壤各级微团聚体中的含量富集和形态赋存情况。研究结果表明:外源水溶性镉进入土壤30d后,100%转化成了颗粒态,其中58.5%转化为了可交换态,0.98%转化成了碳酸盐结合态,1.26%转化成了铁锰氧化物结合态,7.68%转化成了有机结合态,31.5%转化成了残渣态,这基本与其中各粒级微团聚体中的赋存形态的情况一致。在土壤中赋存的镉主要分布在各级微团聚体中,在各粒级微团聚体中的含量分布顺序为<10μm微团聚体>10～50μm微团聚体>50～250μm微团聚体;外源镉向小粒级微团聚体的富集倾向明显高于向大粒级微团聚体的富集倾向,其中在<10μm微团聚体中富集系数为1.43,在50～250μm微团聚体中的富集系数只有0.60。

干旱区绿洲受污染土壤中Cd和Pb在油菜中的累积与迁移

运用Tessier五步连续提取法研究干旱区绿洲受污染土壤中重金属Cd、Pb在油菜中的积累与迁移。结果表明,①原状土中Cd主要以碳酸盐结合态为主,Pb主要以残留态为主,随着外源性Cd投加量的增加,交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态含量增大,有机结合态、残留态含量随投加量的增加有所减少,且残留态呈锐减趋势,各形态Pb含量均随投加量的增加而升高,碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态Pb的含量增幅较大。②随着外源性Cd、Pb投加量的增加,油菜根和叶中累积的Cd、Pb含量随之增加。用土壤中各形态Cd、Pb的含量与油菜叶和根部累积的Cd、Pb含量做逐步回归分析,发现土壤中的碳酸盐结合态Cd、Pb与油菜叶和根部累积的Cd、Pb含量呈极显著相关。表明碳酸盐结合态对油菜各器官Cd、Pb的累积有最大贡献。③油菜叶和根部Cd的富集系数均大于1,Pb的富集系数均小于1。Cd的富集系数大于Pb,表明油菜吸收Cd的能力大于Pb,其毒害作用也相应大于Pb;Cd的富集系数叶部均大于根部,表明Cd在油菜中的迁移性较强;Pb叶部的富集系数小于根部,表明Pb主要在油菜根部累积,迁移性较差。

添加化学改良剂对海南岛砖红壤中铅的化学形态与转化的影响

采用土培试验和连续提取-原子吸收分光光度法,研究了海南岛花岗岩砖红壤中重金属Pb的6种形态(水溶态Pb、交换态Pb、碳酸盐结合态Pb、铁锰氧化物结合态Pb、有机质结合态Pb和残余态Pb)、外源Pb污染对土壤Pb形态的影响以及化学修复剂磷、钙、硫对土壤Pb形态的影响。结果表明,在供试原土壤中,重金属Pb的化学形态以结合态和残余态为主,土壤有效态Pb含量较低,其中:残余态Pb>有机质结合态Pb>铁锰氧化物结合态Pb>碳酸盐结合态Pb>交换态Pb>水溶态Pb,说明土壤Pb的环境风险较低。当外源Pb以离子态污染土壤时,土壤中6种形态Pb的含量均有明显上升,且随时间推移,外源Pb污染土壤中Pb的化学形态发生了连续变化,有:水溶态Pb和交换态Pb的比例持续下降,碳酸盐结合态Pb和铁锰氧化物结合态Pb的比例持续上升,有机质结合态Pb和残余态Pb的比例则有先升后略有下降再趋于稳定的趋势;土壤中Pb主要以铁锰氧化结合态累积,并有:铁锰结合态Pb>残余态Pb>有机态Pb>碳酸盐结合态Pb>交换态Pb>水溶态Pb的趋势。向污染土壤施加化学改良剂过磷酸钙、硫化钠和石灰,能显著降低水溶态Pb和交换态Pb的含量,可使有机结合态Pb、碳酸盐结合态Pb和铁锰氧化物结合态Pb含量下降,而残余态Pb有增加的趋势。化学改良剂的加入可使土壤Pb的有效态含量降低、活性下降,从而可抑制重金属Pb由土壤向植物体系的迁移,有利于植物安全生产。

改良剂对土壤中外源镉形态转化的影响研究

采用室内培养试验,研究了4种不同改良剂(熟石灰、熟石灰+牛粪、钙镁磷肥、烘干磨碎的紫云英)对河潮土、第四纪红土红壤中镉(Cd)形态转化的影响。结果表明,4种改良剂可明显降低培养30 d后河潮土、第四纪红土中可交换态Cd含量,促进土壤中的Cd形态逐步由可交换态Cd向Fe-Mn氧化态、有机结合态、碳酸盐结合态、残渣态转化。因此,熟石灰、熟石灰+牛粪、钙镁磷肥、紫云英均可作为有效的原位修复Cd污染的土壤改良剂。