砷污染土壤原位钝化材料修复效果及机制的研究进展

基于钝化材料的原位修复是砷污染土壤的一种重要修复技术。本文综合分析了前人在该领域的研究成果,介绍了原位钝化修复砷污染土壤的磷基材料、含铁材料、生物炭及其他材料对砷污染土壤原位钝化修复的效果和机制等方面的国内外研究进展,并对该领域今后的重点研究方向进行展望。总体而言,含铁材料治理砷污染土壤具有较好的效果,而磷基材料和生物炭材料对砷的原位钝化修复效果存在争议,不同研究得到的修复效果往往并不一致,其中,磷基材料多用于砷污染土壤的植物修复中;不同材料钝化砷的机制各不相同,主要是吸附、共沉淀和氧化还原机制等。针对当前应用钝化材料原位修复砷污染土壤中存在的问题,指出了应加强砷污染土壤原位复合钝化材料和联合修复技术的研发,并加深修复机制以及钝化效果的长期性和稳定性等方面的研究。     

Fe对土壤As活性的影响及作用机理研究进展

砷(As)是仅次于镉(Cd)的第二大农田重金属污染物。As在土壤中具有多种价态,且土壤As的不同存在形态受土壤pH值、Eh值、中微量元素等因子的影响,而具有不同的环境效应。其中,铁(Fe)对As具有强亲和性,可生成难溶的沉淀,具有良好的固As能力。因此,综合当前国内外研究结果,详细阐述了土壤As的形态及生物有效性、铁氧化物和铁盐对土壤As的钝化效果及作用机理,从土壤pH值、Eh值、共存离子、铁盐用量及类型等方面对Fe固化As的效果及影响机制进行了归纳总结,并对当前用含Fe材料固As研究中存在的问题进行探讨,对研究方向进行了展望,为As污染农田的修复治理,尤其是含Fe材料修复As污染土壤提供科学指导。     

水铁矿结构稳定性及对砷固定研究与展望

水铁矿是砷污染土壤和水体修复中最常用、最有效的钝化剂。水铁矿等铁氧化物对砷的赋存形态和生物有效性具有显著影响,并对环境中的砷具有很强的固定作用;但水铁矿在环境中容易转化,极大地影响了其对砷固定的效果。基于此,本文从水铁矿的结构及影响其稳定性因素的分析入手,综述了水铁矿与砷的交互作用,探讨其在修复砷污染土壤方面的可行性,旨在为利用水铁矿修复砷污染土壤提供理论依据。同时,从降低农田中砷有效性等角度,对砷污染农田修复和安全利用技术与方法等进行了讨论。     

重金属污染农地土壤治理的改良剂选择

综述了近几年来有关重金属污染农地土壤治理中降低重金属有效性的改良剂应用研究现状。铬污染土壤的治理主要是把毒性较大、易移动的Cr(VI)还原为较为稳定的Cr(III),应用含高量有机质和Fe(II)的物质有助于加快Cr(VI)的还原;黏粒矿物、碳酸盐、磷酸盐和铁氧化物是土壤中铜污染治理的常用改良剂,其作用机制涉及形成铜的碳酸盐、氢氧化物、与改良剂发生离子交换及与阴离子形成络合物;土壤铅污染治理可通过施用不同的磷化合物来实现,主要涉及离子交换和形成磷氯铅矿类矿物沉淀;锌也可被含磷改良剂和黏粒矿物有效地固定;而土壤砷污染治理最广泛施用的改良剂为含铁物质,主要通过铁氧化物表面的羟基与砷酸根发生交换吸附或形成无定形的砷酸铁盐或不溶性化合物固定砷。     

添加外源耐砷菌与零价铁对土壤砷有效性和形态的影响

采用室内土壤培养试验,探讨了外源添加耐砷真菌棘孢木霉（Trichoderma asperellum L.）和零价铁对土壤砷的有效性和形态转化的影响。结果表明：向污染土壤中添加耐砷真菌棘孢木霉后,随着培养时间的延长,土壤中水溶态砷和NaHCO3提取态砷含量均呈稳定增加趋势,耐砷真菌促进了土壤中砷的溶出和释放; 培养30 d时,耐砷菌处理土壤有效砷含量比同期对照增幅达3.9%~10.7%,水溶态砷以As（Ⅴ）为主,未检测到As（Ⅲ）、一甲基胂（MMA）、二甲基胂（DMA）等其他形态的砷;随着外源零价铁的加入,土壤中砷的活性大大降低,其有效砷含量降幅为76.5%~90.4%;在耐砷菌与零价铁联合作用下,相比于单纯的零价铁处理,土壤有效砷含量显著增加（P<0.05）,因耐砷真菌棘孢木霉的加入导致零价铁对土壤砷的固定效率下降7.0%~11.1%。耐砷菌导致土壤砷活化可能主要与残渣态向非专性吸附态砷的转化等过程有关,外源零价铁对土壤砷的固定作用可能与非专性吸附态向无定形及弱晶质氧化物结合态、残渣态砷等转化过程相关;耐砷菌的加入抵消了零价铁对土壤砷的部分固定效果,但短期内（<30 d）不会构成大的影响。     

土壤-水稻系统砷的生物地球化学过程研究进展

本文综述了具有不同渗氧能力基因型水稻对土壤砷结合形态、水稻根表铁膜、砷吸收的影响以及不同根际氧化还原条件对土壤砷形态、水稻砷积累、砷转运载体表达的影响,分析了硅的不同施加量对水稻砷吸收的研究进展及其作用机制,从土壤铁矿物氧化和还原两个方面总结了根际铁循环对砷环境行为的影响以及对砷污染土壤修复的潜在价值,以期为最终降低水稻砷吸收提供理论参考。微生物介导的铁氧化还原对砷的环境行为如砷的溶解释放、吸附沉淀、形态转化等有重要影响,而铁细菌的胞外电子传递过程促进了铁的矿物相转化并耦合砷的钝化,在未来工作中值得进一步关注和研究。     

改性生物炭对镉砷复合污染土壤的修复研究进展

土壤镉砷复合污染已成为一个严重的环境问题,由于镉砷具有相反的化学性质,运用生物炭修复镉砷复合污染土壤效果不佳,而改性生物炭在修复镉砷复合污染土壤方面取得了显著的成果。本文介绍了生物炭制备的方法与理化性质,总结了生物炭修复单一镉、砷污染的效果与机理,并阐述了生物炭处理复合污染的不足和难点。重点综述了改性生物炭的制备方法及理化性质,改性生物炭修复土壤镉砷复合污染的影响因素,以及改性生物炭处理镉砷复合污染的效果与机理。与原始生物炭相比,改性生物炭对镉砷具有更高的吸附性能,在复合污染土壤修复中表现出明显优势。但是,改性生物炭的回收问题尚未完全解决,解吸再生和老化问题需要深入研究,改性生物炭仍具有广大的研究和发展前景。     

骨炭/纳米铁对污染红壤中砷形态和有效性的影响研究

为探索不同材料(纳米铁、猪骨炭和牛骨炭)对砷污染土壤的钝化效果,从中筛选有效的砷污染土壤钝化剂,采用室内模拟培养的方法,研究了三种物质对两种不同砷含量红壤中砷化学形态及其有效性的影响。结果表明:添加纳米铁显著(P0.05)降低了两种红壤有效态砷含量,同时土壤pH显著降低,当培养试验结束时(84 d),在板页岩红壤和石灰岩红壤中有效态砷含量分别降低了10.5%、11.43%,pH则比同期对照各降低了0.18、0.23个单位,纳米铁对红壤砷的钝化作用与土壤非专性吸附态砷向残渣态砷等转化过程有关;猪骨炭的加入导致两种不同砷含量红壤中有效砷含量均不同程度的提高,板页岩红壤和石灰岩红壤增幅分别为16.21%、1.36%;牛骨炭的加入对中度污染(113.3 mg·kg-1)的石灰岩红壤表现出一定的固定性能,也可降低pH而改良碱性土壤,促进了该土壤中活性砷向残渣态砷的转化。将纳米铁用于钝化污染土壤中的活性砷,牛骨炭用于固定中度污染石灰岩发育的红壤中的砷,均具有一定的应用前景。     

纳米零价铁修复Cr(Ⅵ)污染土壤的研究进展

随着铬盐生产、金属加工、电镀、皮革等工业活动以及污水灌溉和施用污泥等农业活动的进行,六价铬(Cr(Ⅵ))不断进入土壤中,严重污染土壤环境。纳米零价铁由于其比表面积大、反应活性高及还原能力强等优点,已日渐用于Cr(Ⅵ)污染土壤的修复中。本文概述了纳米零价铁修复Cr(Ⅵ)污染土壤的最新研究进展,总结了主要修复机理及影响因素,最后指出了纳米零价铁修复Cr(Ⅵ)污染土壤的发展前景及研究方向。     

兰州市农田土壤重金属污染评价与研究

通过测定兰州市三县五区主要农田土壤中的重金属砷、铅、铜、锌含量,利用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,结合兰州土壤背景值及国家标准(GB15618-1995),进行重金属污染评价.结果表明:以国家标准为标准的评价体系中,兰州市农田土壤总体综合污染指数为0.81,污染水平为警戒级,单因子污染程度为砷＞铅＞铜＞锌;西...     

松嫩平原北部土壤砷水平分异特征分析

以我国粮食生产基地松嫩平原的北部为研究区域,分别采集表层土壤(0～20 cm)和深层土壤(1 m)样本,利用地统计学对土壤砷的空间分异特征进行量化,并结合ArcGIS软件的克里金插值方法分别对表层土壤和深层土壤进行土壤砷质量分数的水平空间分布格局模拟,分析了表层土壤砷和深层土壤砷的水平空间分异特征及其影响因素。研究表明:表层和深层土壤中砷元素质量分数均低于我国土壤砷元素质量分数背景值,属于砷元素质量分数较低、较为清洁健康的区域;深层土壤砷的水平空间格局强度相对较大,表层土壤砷的水平空间格局强度相对较小;表层土壤和深层土壤中砷元素的空间格局均为松嫩高平原土壤砷质量分数较高,松嫩低平原土壤砷质量分数较低;自然因素对深层土壤砷和表层土壤砷的水平空间格局起着主导作用,人为干扰对表层土壤砷的迁移行为造成一定程度的影响。     

几种蔬菜中砷含量及影响因素

[目的]为了研究蔬菜和土壤砷含量及其影响因素之间的关系。[方法]在云南省丘北县开展大田调查试验。[结果]蔬菜根、茎叶、果实中总砷平均含量分别为0.62、0.92和0.46 mg/kg,叶菜类、果菜类蔬菜各部位总砷含量分别为茎叶根,茎叶根果实。土壤中总磷和速效磷含量的平均值分别为13.49 g/kg和124.11 mg/kg,土壤中总砷和有效砷含量的平均值分别为28.24和7.11 mg/kg。土壤中磷含量(总磷和速效磷)和土壤中砷含量(总砷和有效砷)是影响蔬菜中砷含量的主要因素。土壤pH、CEC和有机质含量的平均值分别为6.9、10.32 cmol/kg和54.24 g/kg,在一定程度上影响蔬菜中砷含量。[结论]不同类型蔬菜对砷累积的主要部位是茎叶。影响蔬菜中砷累积的因素除土壤pH、CEC和有机质外,主要为土壤磷含量。     

湖南6种母质发育水稻土对镉和砷的吸附和解吸特征

以湖南省典型母质发育的鳝泥田、红泥田、河砂泥田、麻砂泥田、酸紫砂泥田和灰泥田等6种水稻土为研究对象,采用单元素一次平衡法研究土壤对镉、砷的吸附与解吸特性及其影响因素。结果表明：供试水稻土对镉、砷的等温吸附曲线均呈非线性;供试土壤吸附平衡时,溶液中镉或砷的浓度与土壤对镉或砷的吸附量关系用Langmuir、Freundlich和Temkin等3种模型拟合均达显著水平,决定系数(R²)为0.842～0.994,其中以Langmuir方程的拟合(R²均值0.964)更优,但不同水稻土不同元素的最优方程有所差异,灰泥田的镉和酸紫砂泥田的砷用Temkin方程的拟合度较高,鳝泥田、红泥田和河砂泥田的砷用Freundlich方程的拟合度较高;土壤对镉的吸附量大于对砷的吸附量;以Langmuir方程拟合所得不同水稻土镉、砷最大吸附量(X_m)比较,整体上镉以灰泥田的(1379.9mg/kg)最大,酸紫砂泥田的(527.8 mg/kg)最小;砷以红泥田的(587.4 mg/kg)最大,灰泥田的(266.6 mg/kg)最小;土壤镉、砷解吸量随...     

下辽河平原土壤砷有效性分析

利用辽河流域生态地球化学调查中取得的土壤砷形态分析等样品进行了大量、系统的对比研究,结果表明:下辽河平原土壤砷主要以离子交换态、水溶态、铁锰氧化态、碳酸盐结合态、强有机结合态、腐殖酸结合态及残渣态等7种形态存在,其中离子交换态及水溶态是可被生物吸收利用的形态——有效态,其含量主要受土壤砷全量、pH、有机质、土壤黏度等因素影响。     

磁性固体螯合材料对农田土壤中镉去除的影响因素

为了探究磁性固体螯合材料对农田土壤中Cd去除的影响因素,采用室内盆钵模拟方法,以湖北大冶某农田耕作土壤为实验土壤,MSC材料（magnetic solid chelator powder, 美索磁材料,一种磁性固体螯合材料,）为添加材料,研究了添加秸秆、风干土壤、搅拌时间、MSC材料活化及重复使用次数等因素对MSC材料去除Cd效果的影响。结果表明,土壤中秸秆会降低MSC材料对Cd的去除效果;土壤风干程度也会影响MSC材料对Cd去除效果,且其影响程度远高于秸秆的影响。当搅拌时间为40 min时,Cd去除效果最好,总Cd去除率为22.67%;随着搅拌时间的增加,MSC材料对Cd去除效果呈现先上升后下降的趋势。烘干的MSC材料通过水中浸泡12 h后的活化,可恢复对土壤中Cd的去除效果。MSC材料随着重复使用次数的增加,MSC材料对Cd去除效果呈现下降趋势,降低幅度逐渐减小。MSC材料能有效去除农田土壤Cd,去除效果受制于土壤性质、材料特性及操作工艺等因素,MSC材料应用于土壤修复领域研究具有重要现实意义。     

土壤-水稻体系总砷含量的测定及其相关性研究

对韶关地区土壤及其水稻不同部位的砷含量进行了采样测定,分析了水稻中重金属砷含量与土壤的关系。结果表明：水稻不同部位中砷的含量不尽相同,其根、茎、叶及米粒中的砷含量依次为：根〉茎〉叶〉大米,且与土壤中的砷含量呈正相关,说明水稻中金属砷含量与其生长环境密切相关,水稻对金属砷具有一定的富集性。     

污染水稻土中砷及其与土壤基本理化性质关系的研究

[目的]研究污染水稻土中砷及其与土壤基本理化性质的关系。[方法]在泉州和漳州污灌地区取水稻样品,同时采集对应的土壤耕层样品,研究污染水稻土中砷的形态及其与土壤基本理化性质的关系。[结果]土壤全砷含量与土壤游离氧化铁含量呈极显著线性正相关(R2=0.3777**,n=39),与土壤有机质、粘粒含量、CEC等理化性质的相关性不明显。而漳州采样区土壤全砷含量与土壤有效磷含量呈极显著线性正相关(R2=0.308 1**,n=19)。土壤全砷与土壤有效砷呈极显著性线性正相关(R2=0.544 0**,n=39)。土壤有效砷与土壤CEC呈极显著线性正相关(R2=0.5440**,n=39),与土壤游离氧化铁也呈极显著线性正相关(R2=0.7546**,n=39)。[结论]该研究为田间水稻生产砷污染的控制提供了指导。     

砷污染土壤植物修复的主要影响因素及改良研究进展

影响砷污染土壤植物修复的因素很多,文章重点综述了超积累植物、砷污染物特性、土壤物理化学性质以及气候、农业耕作措施等外部环境因素对砷污染土壤植物修复影响的研究进展,认为超积累植物是植物修复技术的核心,其对植物修复效率的提升起到至关重要的作用。实际工作中,应重视超积累植物的研究和筛选,强化超积累植物收割后的安全处置和资源化利用。只有建立在以植物修复为主的基础上,辅之以化学、微生物及农业生态等措施,才能大大提高砷污染土壤的修复效率。     

土壤中的无机元素对当归药材道地性的影响

测定了10批不同地域当归药材和对应土壤中16种无机元素的含量,铅、镉采用JFAAS法,汞、砷采用AFS法,铜采用FAAS法,其余元素采用ICP-AES测定,研究了当归药材与土壤中无机元素的相关性,分析了土壤中无机元素对当归药材道地性的影响.结果表明:当归产区的土壤地质背景存在差异;药材和土壤之间共有15对元素之间存在显著或极显著的相关性(P<0.05或P<0.01),其中镉与铅、汞等有害重金属元素存在相关性,表明当归对其吸收或富集具有协同性;当归对铁和钾元素的富集系数分别为147～1 940和1.5～12.5;铁、铬、钛、镍等是当归药材的特征元素.说明当归药材道地性与土壤中无机元素含量密切相关,岷县当归药材无机元素表现出一定的特异性;人工栽培应优选国家一级土壤种植当归.     

硫酸盐对土壤铁矿物还原转化及砷释放的影响

为研究硫酸盐对受酸性矿山废水污染土壤中Fe和As转化释放的影响,设计开展灭菌、非灭菌和加硫非灭菌3组淹水释放实验,在厌氧手套箱中连续处理30 d,每5天取样一次,测定上清液pH、氧化还原电位(Eh)、Fe(Ⅱ)和As浓度,以及土壤中盐酸提取态Fe(Ⅱ)和As的含量。结果表明:实验初始阶段,在微生物的作用下,土壤悬液pH升高、Eh降低,硫酸盐的添加会增强这一趋势。实验前5 d为铁矿物还原转化阶段,土壤中Fe和As活化速率较高,释放速率也较大,硫酸盐的加入会增大活化释放量。之后,随还原性增强,硫酸盐大量被还原,亚铁硫化物矿物生成,土壤中的铁矿物被继续活化但速率降低,加硫非灭菌组仍有较高的活化量,同时土壤被活化的As含量减少,释放Fe和As的过程被抑制,促使溶液中Fe(Ⅱ)和As的浓度降低。实验后15 d,虽然受生成铁矿物沉淀的控制,溶液Fe浓度能够持续维持在较低水平,但As浓度却持续增加,硫酸盐的加入会增加As的释放量。