镉砷复合污染土壤钝化材料研究进展

我国土壤重金属污染严重,尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用,其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响,增加了镉砷复合污染土壤的修复难度,严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合污染土壤钝化修复材料的优缺点及其对镉砷复合污染土壤钝化修复效果和机理。常见的钝化材料有生物质炭类、磷酸盐类、金属及其氧化物类、含硅类材料、黏土矿物类、有机肥类和新型材料等。有大量研究表明生物质炭材料对镉有良好的吸附效果,为了同时钝化镉砷,通常使用改性生物质炭或与其他材料配合施用,常见的改性/配施材料有金属及其氧化物、黏土矿物、家禽粪便、复合肥等,其钝化反应机制包括离子交换、共沉淀和表面络合等;磷酸盐类主要与铁盐或铁粉配施,通过吸附和同晶替代钝化镉、点位竞争机制钝化砷;金属及其氧化物类多与生物质炭、石灰和黏土矿物等配施,通过专性吸附和共沉淀钝化镉、氧化还原和络合作用等钝化砷;铁硅肥、硅钙肥、硅钾肥等通过共沉淀钝化镉、专性吸附和点位竞争机制钝化砷;黏土矿物中多施用海泡石,主要与金属氧化物和钙镁磷肥等配施,通过离子交换、沉淀和络合反应钝化镉砷;污泥和动物粪便中含有腐殖化程度较高的有机质,主要通过吸附、氧化还原和有机络合以及微生物作用钝化镉砷;此外,富含巯基和氨基、谷聚多以及富含硫和硒的物质也可有效钝化镉砷。本文对镉砷复合污染土壤钝化修复材料进行总结,归纳了镉砷钝化材料特性,以期为镉砷复合污染土壤修复提供一定的指导。     

微生物影响稻田土壤中砷转化研究进展

稻田砷污染是一个全球性环境问题。稻米是以大米为主食的人群砷暴露的主要途径，稻米砷含量超标，会对动物和人体健康造成威胁。微生物是影响砷环境生物化学行为的重要角色，在植物-土壤-微生物系统的砷循环中发挥着重要作用。了解微生物对砷在土壤-水稻系统中的生物化学循环的影响，能够为稻田砷污染的有效治理提供理论基础。本文综述了砷氧化微生物、砷还原微生物以及砷甲基化微生物分别对砷氧化、还原和甲基化过程的影响（直接作用），并总结了微生物通过间接影响铁、硫的环境生物化学循环，进而影响稻田-水稻系统中砷的赋存形态及其转化与迁移的过程。最后，本文归纳了砷污染农田微生物修复技术的相关研究进展，并提出了研究展望。     

农田土壤砷、镉协同钝化修复的研究进展

由于砷和镉的化学行为不同,为使用化学法实现农田土壤中两元素协同钝化修复增加了难度。本文综述了近几年来砷、镉协同钝化修复的材料和使用效果,其中应用较多的是复合钝化剂和改性钝化剂。复合钝化剂在施加方式上略微复杂,但制备工艺较为简单,钝化效果比单一钝化剂更胜一筹;从钝化剂的性质上看,改性钝化剂效果好且施加量少,但其制备工艺比不改性钝化剂复杂,限制其大面积推广使用,因而简化改性材料的制备流程是砷、镉协同钝化修复的一大突破口。此外,文章从吸附、化学沉淀、络合、螯合作用等方面,归纳了砷、镉协同钝化的机理,并介绍了田间砷、镉协同钝化修复的案例;最后,对目前农田土壤砷、镉协同钝化修复研究提出了5个亟待解决的科学问题——钝化剂的有效性、持久性、安全性、普适性和经济性,并对该领域今后的发展趋势如深入研究如何提高钝化修复材料的普适性,重点关注钝化剂的施用量、持久性和对土壤生态系统的风险评价以及针对不同类型污染土壤的模式化、规范化和规程化钝化修复等方面进行了展望。     

水淹条件下水稻土中砷的生物化学行为研究进展

水稻土中砷的氧化还原和甲基化等生物化学过程是影响水稻砷毒性的主要作用机制;同时,水淹厌氧条件是驱动水稻土中砷的生物化学过程关键环节,且是导致水稻对砷大量吸收累积的主要原因,对以水稻为主食的人们造成健康威胁。本文综述了水稻土中砷的氧化还原和甲基化现象、砷的生物化学作用机制以及影响水稻土砷迁移转化的关键因素,并探讨了水淹厌氧条件对水稻土砷代谢微生物群落、微生物基因表达水平以及对砷归趋的影响。最后,展望了未来的研究方向,以期识别不同水管理模式下土壤微环境对水稻土中砷代谢微生物群落结构与基因表达水平的影响机制,为深入理解砷的生物化学行为和降低水稻对砷的吸收累积提供科学的理论参考。     

生物炭/石灰混施对重金属复合污染土壤的稳定化效应

采用室内模拟实验,以南方砷镉铅复合污染的酸性红壤为对象,利用化学钝化原理,探讨钝化材料对重金属稳定化的技术效果及应用配方,以期为砷镉铅复合污染红壤修复与安全利用提供依据。具体做法为：选择生物炭（BC）和石灰（SH）为钝化材料,以土壤重量的1%、4%为材料添加量,单一或混合施用于砷镉铅复合污染土壤,并于恒温（25℃）条件下培养60d,在实验进行至第1天、第30天、第60天时取样,测定红壤酸碱度（pH）和水溶态（Water soluble）有效砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）即WSAs、WSCd、WSPb含量,以及土壤重金属As、Cd、Pb结合态含量与占比的变化,明确生物炭石灰单/混施对重金属的稳定化效应。结果表明：生物炭/石灰无论单施或混施均能不同程度地降低土壤中水溶态WSCd和WSPb含量,钝化效率分别为33.51%～78.89%和9.05%～96.24%。而材料单施（1BC、4SH）和两者混施高用量（4BC4SH）处理,均能大幅降低土壤中有效As含量,钝化效率为10.25%～55.27%,其中以两者混施高用量（4BC4SH）处理对土壤重金属As、Cd、Pb协同钝化的效果最佳,当培养实验进行至第60天时,钝化效率依次达55.27%、76.39%和96.24%。培养后土壤中As形态由易被植物吸收的非专性吸附态、专性吸附态转化为稳定的残渣态,土壤中Cd和Pb则由活性最强的酸可提取态转化为残渣态,土壤中As、Cd、Pb的稳定化效应明显,迁移系数下降;此外,生物炭/石灰的单施及混合施用,均可导致土壤酸碱度（pH）显著提升（P<0.05）,有利于南方酸化土壤的改良。总体而言,本研究中生物炭/石灰两者混施高用量水平下（4BC4SH）土壤重金属的钝化效果最优,可实现对As、Cd和Pb复合污染红壤的稳定化修复。     

镉污染农田原位钝化修复效果及其机理研究进展

镉(Cd)污染农田土壤的修复是环境质量领域关注的热点,原位钝化修复技术是一项较为经济且实用的解决方案,其技术关键在于钝化材料。本文对各类钝化材料原位钝化Cd的修复效果进行了综合比较分析,综述了钝化材料应用优劣情况、研究趋势、成本效益及其潜在修复机理,以期为Cd污染农田土壤原位钝化修复材料应用提供参考。     

农田土壤重金属污染化学钝化修复研究进展

土壤重金属化学钝化修复是指向污染土壤中添加钝化剂,使重金属由活性向稳定化形态转化,以降低重金属的迁移和生物可利用性,从而修复重金属污染土壤的方法。本文综述了近些年国内外各类钝化材料修复重金属污染土壤的作用效果和机理、实例等方面的研究进展,并讨论了原位修复土壤重金属中亟待解决的问题,旨在为农田土壤重金属污染的化学钝化剂筛选与应用提供参考依据。     

生物炭-凹凸棒土复合材料对水稻土锌镉的钝化及土壤养分和酶活性的影响研究

为了比较生物炭、凹凸棒土以及生物炭-凹凸棒土复合材料3种钝化剂对锌镉复合污染水稻土的钝化修复效果,本研究利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、比表面积表征(BET)和扫描电镜(SEM)等技术手段对稻壳生物炭和凹凸棒土样品进行表征,并采用土培试验研究稻壳生物炭、凹凸棒土及生物炭-凹凸棒土复合材料对实际重金属锌(Zn)、镉(Cd)污染水稻土钝化效果及理化性质的影响。结果表明,凹凸棒土比稻壳生物炭具有更大的比表面积,且表面更不规则、更粗糙。土培试验表明,3种钝化剂均降低了水稻土中Cd和Zn的生物有效性,并在不同程度上改善了土壤理化性质。单独添加2.0%凹凸棒土和2.0%稻壳生物炭处理,分别使土壤Zn有效态含量降低了86%和51%,Cd有效态含量降低了25%和8%。2.0%生物炭-凹凸棒土复合材料施加后,土壤中Zn和Cd有效态含量分别降低了83%和23%,且土壤pH值提高至5.8,有机碳含量提高了39%。说明稻壳生物炭-凹凸棒土复合材料比单独使用凹凸棒土和生物炭更能有效地固定Cd和Zn,同时能改善复合污染水稻土的理化特性。因此,生物炭-凹凸棒土复合材料具有作为一种新型钝化材料用于土壤修复的潜力,为土壤重金属原位钝化修复提供了一种新思路。     

生物炭复配矿物质钝化修复重金属复合污染土壤的研究

选取稻壳生物炭、木屑生物炭、羟基磷灰石及蒙脱石作为钝化材料,按钝化剂5:土壤100的重量比添加到重金属复合污染土壤中,通过测定土壤重金属形态变化,研究了钝化材料修复重金属复合污染土壤的效果及其机理。结果表明:生物炭和矿物质均能有效固定土壤中重金属,其中羟基磷灰石的钝化效果最好,对土壤镉、铜和铅的固定化率分别为76.24%、74.26%和98.13%。蒙脱石的钝化效果最差。添加钝化剂后土壤重金属中的酸可提取态和可还原态向着更加稳定的可氧化态和残渣态转化,土壤重金属活性态比例下降。生物炭复配矿物质处理对土壤重金属的钝化效果介于单一生物炭处理和单一矿物质处理之间。此外,生物炭及矿物质均能有效地提高土壤pH,pH可能是影响土壤修复效果的关键因素。     

有色金属冶炼厂周边砷镉复合污染土壤的钝化材料研究

为筛选出适宜有色金属冶炼厂周边砷镉污染土壤的复合钝化材料,通过模拟试验,研究2,4,6-三巯基均三嗪三钠(TMT)、铁盐、黏土矿物、铝基材料等材料钝化土壤Cd和As的最优复配配方。结果显示,相同实验条件下,添加C1、C2、C3三种钝化材料后,有色金属冶炼厂周边土壤酸浸出溶液中砷、镉浓度均符合了《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅳ类环境质量标准。随着时间的推移,添加1.0%的C3材料(铁盐+铝基材料+ TMT)钝化重金属砷镉效果最好。其中,砷酸浸提态含量降低率最高达到了96.95%,镉酸浸提态含量降低率最高达到了99.37%。通过形态分析可以看出C3钝化材料能使重金属砷镉的形态从可交换态、铁锰氧化物结合态慢慢向残渣态的形态转移,起到了同时钝化 As、Cd 的效果,降低了砷镉重金属的迁移能力,减少冶炼厂周边砷镉重金属污染环境风险。     

赤泥颗粒对韭菜吸收污染土壤中铅锌的抑制效应研究

采用盆栽试验方法,通过添加赤泥颗粒修复铅锌污染土壤,按照火焰原子吸收分光光度法测定不同时期种植韭菜的土壤中重金属的含量,分析赤泥颗粒对土壤中重金属的钝化行为与机理,确定赤泥颗粒对土壤修复和对韭菜生长促进最佳的添加量。结果表明,赤泥颗粒能缓释OH-,促进重金属铅、锌化学形态转化和抑制生物吸收。铅、锌污染土壤修复的最佳赤泥颗粒添加量为5%,此时,土壤中铅、锌的生物有效态含量在修复期内分别降低了41.03%、26.55%;结合铅锌污染土壤修复与韭菜生长影响,初步确定赤泥颗粒的最佳施用量为1%,此时,土壤中铅、锌的生物有效态含量在修复期内分别降低了24.81%、15.9%;赤泥颗粒对铅锌污染土壤的修复能力大小为铅〉锌。     

聚氯乙烯行业汞污染场地土壤修复技术研究进展

聚氯乙烯行业将成为我国汞公约履约的最重要领域,相关产业生产、升级、腾退转型导致的汞污染地块潜在数量与风险巨大,需要提前开展相关修复技术储备和工程应用实践研究;通过调研总结我国聚氯乙烯行业产业特点、生产工艺导致的汞污染途径与风险特征,对国内外汞污染地块土壤修复常用的修复技术有固化稳定化、热脱附和土壤淋洗等;从污染源控制、污染扩散阻隔、污染土壤及地下水修复等多方面和技术特性、工程实施两个维度,选取修复技术指标,提出多层次构建修复技术筛选矩阵标准;以期为聚氯乙烯行业汞污染地块环境评估与修复提供技术参考。     

砷污染土壤生物挥发研究进展

本文综述了国内外As污染土壤生物挥发研究的最新进展.介绍了As的生物地球化学循环过程,分析了微生物形成挥发性As化合物的机理以及影响因素,探讨了采用生物挥发修复As污染土壤的可能性,最后展望了As污染土壤生物挥发研究的未来.     

重金属污染农田土壤化学钝化修复的稳定性研究进展

化学钝化修复是一种应用广泛的重金属污染农田土壤修复方法,但钝化修复只是暂时降低了土壤中重金属的移动性和生物有效性,随着时间的推移被固定的重金属有可能重新释放到土壤中,因此钝化修复重金属污染土壤的稳定性是重金属污染土壤原位钝化修复成功的关键。本文探讨了钝化修复剂的种类、修复机制、修复稳定性的影响因素以及修复稳定性的研究方法,深入分析了钝化修复稳定性的研究现状和存在问题,并提出今后应加强钝化修复稳定性机制和修复稳定性预测模型的研究,建立和完善科学的钝化修复稳定性的研究方法。     

微生物成矿技术在环境砷污染治理中的应用研究进展

近年来,微生物成矿技术成为环境污染治理领域研究热点之一。结合典型矿化菌与砷的成矿关联规律对微生物成矿作用固定砷的机制及环境污染治理中的应用进行归纳:(1)环境中的碳酸盐矿化菌、铁锰氧化菌及硫酸盐还原菌可通过诱导成矿的方式,直接促进含砷矿物的形成或生成其他矿物间接吸附砷,通过对砷的成矿产物和成矿因素分析,揭示微生物成矿机理、特征及形成条件;(2)总结了国内外应用微生物成矿技术处理水体和土壤中砷污染的研究,利用微生物成矿技术可降低水体及土壤中溶解性或可提取态砷浓度、减少砷的生物可利用性;(3)微生物对重金属的成矿作用受环境因素影响,环境中砷的初始浓度、共存金属离子、pH、温度、营养盐浓度等均会影响微生物成矿的效率。加强微生物成矿过程微界面反应机制研究,并筛选重金属耐性和成矿能力强的微生物以提高成矿效率,同时研究成矿作用固定的砷在环境中的溶出和迁移规律进而减少矿物中砷的再次溶出,将成为未来该领域的重点研究方向之一。     

土壤有机污染物电化学修复技术研究进展

综述了有机污染土壤的电动力修复和微生物电化学修复的最新研究进展。分析了电动力修复中电极材料、运行条件等因素对污染物去除效果的影响,总结了添加表面活性剂、引入具有降解能力的基质、与化学或生物联合等方式对土壤修复效果的强化作用,阐述了微生物电化学修复的效果、影响因素和微生物群落演变的规律。电化学技术能够有效去除土壤中的有机污染物,且电动力较微生物电化学具有更好的去除效果。为了实现电化学技术在污染土壤修复中的应用,未来需要从土壤导电性、电极材料以及反应器构型等方面优化以提高修复效果;此外,电化学修复技术的机理、功能微生物的群落特征研究等也是下一步研究的重点。     

油枯对镉污染土壤的钝化研究

为了研究油枯对镉(Cd)污染土壤的钝化效果,以油枯为外源添加物(质量比:1%、2%、3%、4%、5%),模拟田间条件在塑料桶中进行为期45 d的培养,对镉污染土壤中Cd形态分布特征、DTPA提取态Cd(DTPA-Cd)含量、pH、有机质含量进行分析。结果表明,添加油枯可显著降低镉污染土壤中可交换态镉(Ex-Cd)的比例,提高碳酸盐结合态镉(Cb-Cd)、铁锰氧化物结合态镉(Fe-Mnb-Cd)以及有机质及硫化物晶格态镉(OMb-Cd)的比例,而残渣晶格结合态镉(RLb-Cd)变化不明显。添加油枯显著降低镉污染土壤中DTPA-Cd含量,降幅最高可达49%。镉污染土壤p H值维持在6.0左右,1%~4%添加处理中土壤pH波动幅度较大;而5%添加处理的土壤pH波动幅度小。添加油枯均能显著提高镉污染土壤中有机质含量。由此可见,油枯对镉污染土壤有较好的钝化效果,这为重金属污染土壤的修复和农业废弃物的循环利用提供了参考。