构树修复对重金属污染土壤环境质量的影响

通过温室盆栽试验,研究构树(Broussonetia papyrifera)生长对重金属污染土壤酶活性和微生物群落结构的影响.结果表明,构树修复污染土壤中酶活性和微生物多样性明显提高.经270d培养后,构树生长土壤中蔗糖酶和酸性磷酸酶活性与种植土壤相比分别显著(P<0.05)提高3.12倍和2.29倍;土壤脱氢酶与有效态As、Cd、Pb、Zn和Cu含量,蔗糖酶与有效态Cd含量,以及磷酸酶与有效态Cd和Cu含量之间呈显著负相关(P<0.05).根据16S和18S r DNA PCR-DGGE分析表明,构树修复可提高污染土壤中细菌和丛枝菌根真菌多样性.上述结果表明,构树修复可有效改善重金属污染土壤的环境质量.然而,污染土壤中重金属有效态含量下降不明显,必须辅助物理和化学措施来强化构树对重金属污染土壤的生态修复潜力.

Cd污染土壤景观修复植物筛选研究

在温室条件下,研究了香樟、圆柏、侧柏、夹竹桃、珊瑚树、四季桂、红花檵木、金边黄杨、金叶女贞和海栀子10种常见景观植物对污染土壤中Cd的耐受能力和富集特征。试验设置的三个处理分别为不添加外源Cd的CK处理(土壤中Cd本底值为3.6mg·kg^(-1))和添加外源Cd的T_1、T_2处理(土壤中Cd含量分别为9.6、24.6 mg·kg^(-1))。结果表明,在T_1和T_2处理下,圆柏、侧柏和四季桂的根、茎、叶和整株生物量与CK处理无显著差异(P>0.05)。当土壤中Cd含量范围为3.6~24.6 mg·kg^(-1)时,侧柏、珊瑚树、四季桂和金边黄杨光合作用正常;T1和T2处理下香樟、侧柏、珊瑚树、四季桂、红花檵木、金边黄杨和金叶女贞叶片中丙二醛含量与CK处理无显著差异(P>0.05)。珊瑚树对土壤中Cd有一定的富集能力,而香樟对Cd具有较强的转运能力。供试植物Cd富集系数的聚类分析表明,圆柏、夹竹桃和珊瑚树可用于Cd污染土壤修复与景观美化,红花檵木、金边黄杨、香樟、四季桂、侧柏和金叶女贞可用于Cd重污染土壤中Cd的稳定。

次氯酸钠氧化去除废水中氨氮的研究

以次氯酸钠为氧化剂，对质量浓度为200 mg／L的氨氮模拟废水进行处理。研究了有效氯与氨氮的摩尔比n（Cl2／NH3-N）、反应时间、pH值、温度对氨氮去除效果的影响。结果表明，较适宜的反应条件为：n（Cl2／NH3-N）为1．7，反应时间30 min，pH值7～9，温度15～25℃。同时研究了加入次氯酸钠后的氧化还原电位（ORP），表明可通过ORP的变化为运行控制提供依据。

高铁锌焙砂还原焙烧-酸性浸出选择性分离铁锌研究

传统湿法炼锌中的氧化焙烧阶段产生大量铁酸锌,在常规条件下铁酸锌难以溶出,不利于铁锌的分离和回收。铁酸锌的生成导致后续沉铁工序复杂,渣量大,既浪费了锌铁资源又污染环境。提出了一种新的还原焙烧方法,使高铁锌焙砂中的铁酸锌选择性分解为氧化锌和磁性氧化铁。以北京某锌冶炼厂的锌焙砂为研究对象,研究铁酸锌选择性分解为氧化锌和磁性氧化铁过程中的变化规律,寻找最佳还原焙烧条件。采用化学分析法和XRD检测技术研究了锌焙砂还原焙烧过程中焙烧温度、焙烧时间、CO体积分数和CO/CO2配比等因素对亚铁生成量、可溶锌率及锌浸出率的影响。结果表明,在750℃、CO体积分数为4%、CO/(CO+CO2)体积比为20%、焙烧60 min的焙烧条件,以及浸出酸度为150 g/L H2SO4、液固比为15∶1、转速为500 r/min、30℃的浸出条件下,锌的浸出率为93.24%,实现了铁锌的有效分离。

含锌废渣水热硫化浮选回收的工艺研究

以某冶炼废水处理工段所产生的废渣为处理对象,采用水热硫化-浮选工艺对其进行资源化处理.实验首先采用正交实验法对水热硫化的影响因素进行考察,结果认为温度是影响废渣中金属锌(Zn)硫化的主要因素,其次为固液比、反应时间和硫磺添加量.最优水热硫化条件为:硫化时间4 h,温度200°C,固液比1∶3,硫磺添加量18%,在最优条件下废渣中Zn硫化率可以达到90%以上.后续的浮选考察了粒径、抑制剂(CMC)、浮选温度和浮选pH值对硫化产物可浮性的影响.研究认为温度是影响人造硫化物浮选的主要因素,最优浮选参数为:粒径38μm、温度60℃、CMC:200 g/t、pH=8.最优条件下,一次粗选,精矿Zn品位可达28.8%,Zn的回收率为55.16%.

锌焙砂的选择性还原焙烧硫酸浸出工艺研究

研究了选择性还原焙烧-硫酸浸出两段工艺处理高铁锌焙砂的方法.首先在CO还原气氛下将锌焙砂中的铁酸锌选择性转化为氧化锌和磁铁矿,然后采用硫酸浸出使可溶锌溶出而铁存留于渣中,实现铁锌有效分离.主要考察了还原焙烧以及硫酸浸出的工艺条件对铁锌分离效果的影响,并采用化学分析法及XRD、SEM-EDS的检测手段对焙烧样品进行分析.以可溶性锌和亚铁的含量作为焙烧评价指标,得出最佳焙烧条件为:焙烧温度750℃,焙烧时间60 min,CO浓度8%,CO/(CO+CO2)气氛比例20%,此条件下可溶锌率由原焙砂中的79.64%提高到91.75%;以铁锌浸出率为考察指标,得出最佳浸出条件为∶常温浸出,浸出时间30 min,浸出酸度90 g/L,液固比10∶1,此条件下锌铁浸出率分别为91.8%和7.17%.

新型TMT-硫酸铁固定剂对重金属污染土壤的修复研究

以新型TMT(三巯基均三嗪三钠盐)-硫酸铁复配混合物为化学固定剂,考察了其对湖南郴州某重金属污染土壤中铅、镉、砷的固定效果.结果表明,单一使用TMT(含15%(质量分数)TMT的水溶液)为固定剂时,土壤中的有效态铅、镉去除率高于60%,但对砷没有固定效果.使用TMT-硫酸铁复配固定剂时,控制硫酸铁投加量为35.7 g/kg,TMT投加量为0.1 L/kg时,有效态铅、镉去除率达到90%以上.随着土壤含水量的增加,土壤中有效态铅、镉的含量显著降低.当控制硫酸铁投加量为35.7 g/kg,TMT投加量为0.04 L/kg,控制土壤含水量至田间持水量的70%,固定60 d,有效态铅、镉的去除率在80%以上,有效态砷的去除率可达到60%.

电解锰废水中Cr^(6+)、Mn^(2+)的去除方法研究

通过实验研究了还原沉淀-晶种曝气组合工艺去除电解锰废水中Cr6+和Mn2+,并探索了最佳工艺条件.首先以Na2SO3做还原剂将Cr6+转化为Cr3+后再通过化学沉淀法除去,然后采用加入MnO2做晶种曝气氧化去除废水中的Mn2+.结果表明:当Na2SO3投加量为0.5 g/L,还原反应pH值为4,还原反应时间6 min,Cr6+可完全转化为Cr3+.Cr3+在pH值为8时沉淀最完全,出水总铬浓度可从100 mg/L降到0.5 mg/L以下.除铬后,当MnO2投加量为25 g/L,废水pH值为9,曝气10 min,出水Mn2+浓度可从1 000 mg/L降到0.4 mg/L以下.通过以上处理出水总铬和总锰均达到我国《污水综合排放标准(GB8978-1996)》一级要求.

铅锌尾矿砂对混凝土单轴压缩声发射特征的影响研究

为了研究尾矿砂骨料混凝土的力学特性,对4种铅锌尾砂含量的混凝土开展单轴压缩实验,同时获取了压缩过程中的声发射信号,基于声发射信号对材料损伤演化特征进行了评价。结果表明:混凝土试件的变形过程分为弹性、塑性、断裂破坏和残余变形4个主要阶段;随着铅锌尾砂取代率增加,抗压强度有增大趋势,并在超过30%后趋于稳定;根据声发射实验得到了损伤因子与应变的关系曲线;普通混凝土结构损伤主要在塑性变形阶段,尾矿砂改性混凝土的结构性损伤集中在塑性和断裂破坏阶段;一定比例的铅锌尾砂有助于加速水化凝胶物的形成,从而增强强度和变形性能。

长株潭地区土壤Cd和Pb固液分配特征与环境风险

区域尺度上土壤重金属下渗迁移的环境风险存在较大空间变异性.以长株潭城市及其周边土壤为对象,研究了不同土地利用类型,土壤Cd和Pb有效态含量和固液分配系数(Kd)的分布特征及其影响因素,并基于CaCl_(2)(固液比为1∶0.5)测定的Kd揭示了研究区土壤重金属下渗迁移的环境风险.结果表明,研究区土壤Cd和Pb有效态含量大小呈现出:自然林地>郊区农田>城市绿地>工业区绿地.土壤Cd的Kd均值为449.79 L·kg^(-1),Pb的Kd均值为27604.07 L·kg^(-1),说明土壤Cd迁移性显著高于Pb.林地土壤重金属的Kd显著低于其它3种土地利用类型土壤.土壤Cd和Pb的Kd主要受土壤pH和重金属总量的影响.在此基础上,引入CaCl_(2)(固液比为1∶10)测定的重金属有效态含量作为因变量,构建的多元回归模型可以较好地预测土壤Cd和Pb的Kd,R^(2)分别为84.2%和67.6%.环境风险评估结果表明,研究区93.8%~96.1%采样点的土壤Cd和Pb无下渗迁移风险,少数靠近工厂且土壤pH较低的采样点存在轻度风险.土壤重金属的迁移性和污染源分布共同决定了重金属下渗迁移的环境风险.研究结果可以为区域土壤重金属污染风险防控提供方法和理论支撑.

海桐(Pittosporum tobira)对污染土壤中镉的耐受和吸收特征

通过盆栽实验研究了海桐对土壤中镉(Cd)的耐受和吸收特征。动态取样研究结果表明,当土壤中Cd含量为9.6 mg·kg-1时可对海桐生长产生促进作用,当Cd含量为24.6 mg·kg-1时对海桐产生抑制作用;海桐对污染土壤中Cd有一定吸收能力,吸收量随土壤中Cd含量增加而增加。培养154 d后,与对照处理(土壤Cd含量为3.6 mg·kg-1)相比,当土壤中Cd含量为9.6 mg·kg-1时,海桐根、茎、叶干重,叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量及丙二醛含量没有明显变化;当Cd含量达到24.6 mg·kg-1时,海桐根、茎、叶干重分别降低了38.7%、5.2%和52.5%,叶片中叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素含量分别是对照处理的71.3%、68.2%和75%,丙二醛含量为对照处理的1.52倍。研究表明,海桐可作为Cd污染土壤修复的备选植物,在修复土壤的同时改善环境景观。

高炉渣固化剂与氧化钙、磷酸盐对土壤重金属钝化效果的对比

以高炉渣为主要原料,在激发剂的作用下制备一种新型重金属固化剂HMS,与传统固化剂氧化钙、磷酸二氢钙进行了土壤重金属有效态钝化对比研究.结果表明:在固化剂与土壤的质量比为1∶4时,均为HMS、氧化钙、磷酸二氢钙的最佳掺量.在3种固化剂为最佳掺量,液固比为0.28∶1(L/kg),室温下养护28 d,有效态Pb含量的钝化效果以磷酸二氢钙最佳,为97.05%,有效态Zn、Cd含量的钝化效果以氧化钙最佳,分别为80.41%、74.74%,HMS对降低有效态Zn、Pb、Cd含量的钝化效果分别为46.12%、53.26%、65.64%,均处于第二的位置;与原土壤相比,掺入氧化钙处理28 d土壤p H值提高3.64,掺入磷酸二氢钙处理28 d土壤的p H值降低4.85,掺入HMS处理28 d土壤p H值提高0.99;本实验中HMS对污染土壤具有最均衡的修复效果,能实现以废治废,是3种固化剂中最理想的土壤重金属固化剂.最后,探讨了3种固化剂的钝化机理.

铅锌尾矿对水泥性能及矿物组成的影响

研究以铅锌尾矿为水泥原料，设计不同尾矿掺量的配方分别在1350℃下煅烧制备硅酸盐水泥熟料.采用甘油酒精法分析生料的易烧性，根据《水泥胶砂强度检测方法（ISO法）》测量水泥各龄期的抗压、抗折强度，用XRD研究了熟料的矿物组成，用SEM分析了矿物的晶体形貌.试验结果表明：当铅锌尾矿掺量为12.25%时，熟料中f-CaO含量最低，为0.07%.当铅锌尾矿掺量为12.25%-16%时，水泥各龄期强度均超过GB175-2007中规定的42.5标准水泥，其中铅锌尾矿掺量为12.25%时，3 d、28 d抗压强度分别为21.8 MPa、51.3 MPa.掺入铅锌尾矿后，熟料主要矿物为C3S，矿物形成良好.

陶瓷膜短流程工艺处理重金属废水

针对电镀行业重金属废水常规处理方法存在的药剂投加量大、污泥产量多、水质波动影响大等不足,本文提出了一种新工艺-陶瓷膜短流程处理工艺,即废水通过调节p H值使重金属离子形成相应的氢氧化物絮体后,直接进入陶瓷膜组件过滤,同时辅以曝气缓解膜污染。通过实验室小试研究了p H值、重金属质量浓度和曝气量等因素对重金属(Cu2+、Cr3+和Ni2+)去除效果以及陶瓷膜跨膜压差的影响,并进行现场中试验证。试验结果表明:p H=10时,Cu2+、Cr3+和Ni2+的去除率分别达到99.8%、99.7%和99.9%,耐冲击负荷强,原水重金属离子质量浓度为500mg/L时出水也能满足要求。气水体积比值为15时,能在保证出水水质的前提下显著缓解膜污染。该工艺中陶瓷膜的污染主要为可逆污染,可以通过水力反冲洗去除。在p H=10、气水体积比值为15和膜通量为80L/(m2?h)时,现场中试工艺出水中Cu2+、Cr3+和Ni2+的质量浓度分别低于0.15mg/L、0.3mg/L和0.1mg/L,而且跨膜压差保持稳定。

铅锌尾矿制备水泥熟料及重金属固化特性

以桥口铅锌尾矿为原料制备水泥熟料,主要研究生料的易烧性、熟料的重金属固化、浸出毒性及水泥的强度。利用X线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析不同尾矿掺量及煅烧温度下水泥熟料的矿物相和微观结构,用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES法)分析熟料中重金属的质量分数。研究结果表明:当煅烧温度超过1 350℃且加入铅锌尾矿质量分数为15%~16%时,可生产出符合GB 175—2007标准的硅酸盐水泥,其硅酸三钙(C3S)质量分数最高可达49.2%,28 d抗压强度为53.99 MPa;掺入铅锌尾矿,熟料中游离氧化钙(f-Ca O)的质量分数低于0.5%,改善了生料的易烧性;在煅烧过程中,重金属Zn,As,Cd和Pb的平均固化率分别为89.76%,83.62%,73.20%和15.19%;熟料Zn,As,Cd和Pb的浸出毒性远低于危险废物的国家标准。

高效螺旋厌氧反应器的液体流动特性

以NaCl作为示踪剂,采用刺激-响应的试验方法,对螺旋反应器内的液体流态特性进行研究。研究结果表明:在模拟无产气工况下,螺旋厌氧反应器和螺旋升流区的液体流态均呈现良好的平推流特性,有利于基质降解;在模拟高容积负荷工况下(产气率Ug=67.5 L/h),因大量产气实现反应器内液体的有效自循环,反应器流态介于平推流与全混流之间,反应器内的自循环量可达4倍进水流量,有助于稀释进水基质质量浓度,缓解基质抑制作用,这是螺旋厌氧反应器能够取得高容积效能的重要原因。

基于高炉渣的土壤重金属稳定/固化剂

通过测定土壤中重金属有效态降低量、正交实验法和扫描电镜方法,研制一种以高炉渣为主要原料的土壤重金属稳定/固化剂。研究结果表明:随着基础配方稳定/固化剂HMS-1的添加量的增加,修复土壤有效态重金属质量分数均降低越多,当HMS-1与土壤的质量比为1:4,液固比为0.28:1 L/kg,室温下养护7 d,有效态锌、镉和铅的质量分数分别降低40.23%,56.68%和48.33%。在HMS-1的基础上,采用正交实验,优化了HMS-1各组分配比,优化后的固化剂命名为HMS-2,即高炉渣、添加剂、石灰石和激发剂的质量分数比等于65:15:2:15。用HMS-2修复土壤,在添加量、液固比、养护温度不变的条件下养护90 d,修复土壤的p H接近原土壤,有水化产物低钙硅质量比的C—S—H凝胶生成,土壤内部结构致密,有利于吸附或共沉淀、包裹和固化重金属,有效态锌、镉和铅的质量分数分别降低了64.08%,66.37%和57.15%。

桑树(Morus alba L.)原位修复某尾矿区重金属污染土壤

木本植物具有根系发达、生物量大、适应性强等特点,可广泛用于重金属污染土壤修复.本文通过5年的田间修复试验,研究了桑树(Morus alba L.)对污染土壤中重金属的累积和分布特征、土壤中重金属和营养元素有效性含量的变化,来探讨桑树修复某尾矿区污染土壤中Mn、Zn和Cd等重金属的效果.研究结果表明,桑树生物量大,可用于重金属污染土壤的生态修复与景观恢复.田间种植5年后,桑树整株干重每株可达4 kg.桑树对土壤中重金属具有一定的转运和累积能力,地上部分中Cd、Zn和Mn等重金属含量明显大于根部,尤其是叶片中重金属含量明显大于枝和主干中的含量.修复5年后,桑树地上部分Zn和Mn的累积总量可达3277.7 mg·100 m-2和2422.4 mg·100 m-2,且土壤中Mn和Zn含量分别从2192.5 mg·kg-1和103.2 mg·kg-1降低至1790.0 mg·kg-1和85.94 mg·kg-1,同时土壤有效态Mn和Zn分别显著(P<0.05)降低66.0%和28.6%.然而,桑树落叶中Cd、Zn和Mn含量分别可达0.36、64.5、189.2 mg·kg-1.因此,通过定期清除桑树落叶或刈割地上部分,可防止叶片中重金属对土壤造成二次污染,同时削减土壤中重金属含量.同时,经桑树修复5年后土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量均显著(P<0.05)降低,需定期补充相应氮、磷和钾肥来强化桑树修复尾矿区重金属污染土壤.

珊瑚树(Viburnum odoratissinum)对污染土壤中镉的耐受和富集特征

通过温室盆栽试验,研究珊瑚树对土壤中镉(Cd)的耐受和富集特征。研究结果表明,珊瑚树对污染土壤中Cd具有较强的耐受能力。培养56 d内,土壤中Cd含量对珊瑚树生物量影响不明显;随着培养时间的延长(105—203 d),珊瑚树的生长明显受到土壤中Cd的抑制作用。与对照处理(土壤中Cd含量为3.6 mg/kg)相比,培养154 d后,土壤中Cd含量为24.6 mg/kg处理下珊瑚树叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和丙二醛(MDA)含量没有明显变化;培养203 d后,土壤中Cd含量为24.6mg/kg处理下珊瑚树叶片中类胡萝卜素和MDA含量无明显变化,但叶片中叶绿素a和叶绿素b含量明显受到抑制,从而导致珊瑚树叶片的生长明显受到抑制(P<0.05)。培养203 d后,珊瑚树对土壤中Cd的富集系数和转运系数均大于1,表明珊瑚树对土壤中Cd具有一定的富集和转运能力。上述结果表明,珊瑚树对Cd污染土壤具有一定的生态修复潜力。

基于高炉渣的重金属废水净化材料的研制

在炉渣基固化/稳定化重金属土壤的基础上,以高炉渣为主要材料,通过掺入不同比例的激发剂和石灰石粉,研制了炉渣基重金属废水净化材料.试验原废水中Cd^(2+)、Cr^(3+)、Pb^(2+)和Zn^(2+)的浓度分别为10 mg/L、10 mg/L、20 mg/L和50 mg/L,以重金属去除率为评价指标.结果表明,在高炉渣、激发剂和石灰石粉的质量比为55∶10∶35,材料总添加量为6 g/L时,废水中Cd^(2+)、Cr^(3+)、Pb^(2+)和Zn^(2+)的去除率分别达到99.60%、99.50%、99.70%和97.76%,达到了国家排放标准.