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市政污泥好氧堆肥过程中重金属形态变化特征及堆肥产物风险评价

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市政污泥好氧堆肥过程中重金属形态变化特征及堆肥产物风险评价

作者：张慧钰沈阳大学

学位级别：硕士

本文采用好氧堆肥工艺,以稻草调理剂、污泥返混料为辅料,探究不同辅料配比对市政污泥好氧堆肥过程中理化性质、污泥养分及8种重金属形态(Cu、Zn、Pb、Ni、Cr、Cd、Hg、As)总量和形态的影响,并对堆肥产物进行生态毒性和生态风险评估。研... 详细信息

本文采用好氧堆肥工艺,以稻草调理剂、污泥返混料为辅料,探究不同辅料配比对市政污泥好氧堆肥过程中理化性质、污泥养分及8种重金属形态(Cu、Zn、Pb、Ni、Cr、Cd、Hg、As)总量和形态的影响,并对堆肥产物进行生态毒性和生态风险评估。研究结果表明:(1)在稻草调理剂添加比例对堆肥过程中重金属形态变化的影响研究中,共设三个处理T1、T2和T3,返混料、污泥和稻草体积比分别为2:1:1、2:1:1.5和2:1:2。在堆肥过程中,堆体T1、T2均达到堆肥标准。堆体T2中Cu、Cd、Pb和As总量表现出的增加幅度最大,分别为16.2%、35.3%、29.9%和25.9%。形态变化上,堆体T2对Ni、Cr、Pb、Hg和As元素表现出的钝化效果最好,稳定形态增加幅度在5.5%-19.8%之间,表明堆肥过程中稻草最佳添加比例为1.5。(2)在返混料添加比例对堆肥过程中重金属形态变化的影响研究中,共设三个处理A1、A2和A3,返混料、污泥、稻草体积比分别为1:1:1、1.5:1:1、2:1:1。在堆肥过程中,堆体A1、A2和A3均达到堆肥标准。堆体A2中Cr和Pb含量与堆体A3中Cu、Zn、Ni、Cd和Hg的含量均因“浓缩效应”有6.7%-29.5%的增加。经堆肥处理,堆体A2中Cd、Ni的稳定形态比例提高了12.9%和10.4%;堆体A3对污泥中Pb、Cr、Hg、As转变为稳定形态的效果最好,表明返混料添加比例为2时有利于重金属的钝化。(3)在研究季节因素对堆肥过程中重金属形态变化的影响过程中,共设三个堆体,分别为冬季(S1)、春季(S2)和夏季(S3),返混料、污泥、稻草体积比均为2:1:1。三个堆体均满足堆肥标准。堆体S2中Cu、Pb、Hg与堆体S3中Zn、Ni、Cr、Cd和As含量上升幅度最大。经堆肥处理,Zn和Cd在堆体S1表现出的钝化效果最好;堆体S2对Pb、Cr、Hg和As元素的钝化效果较好,堆体S3中Cu和Ni的残渣态比例均有10.2%左右的升高。表明不同季节条件下对不同种类的重金属的钝化效果不同,其中以春季堆肥综合效果最好。(4)在堆肥产物风险评价方面,除堆体T3外,各堆体堆肥产物均对种子根伸长有一定的促进作用,表明各堆肥产物毒性较小。生态风险评价结果表明,Zn在各堆体中均为高风险污染水平;其余元素Cu、Cd、Pb、Ni、Cr、As、Hg均表现为中低风险程度。

关键词：市政污泥好氧堆肥重金属形态堆肥产物风险评价

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鸡粪堆肥对农田土壤中重金属形态影响

环保科技 2024年第3期30卷 1-7页

作者：孟淑晖鞠潇蓉许灿张桂香秦林聪郭婷钰太原科技大学环境与资源学院太原030024

我国农田土壤重金属污染问题较为突出,对人体健康具有潜在影响,急需治理。鸡粪堆肥不仅可以提高土壤肥力,增加微生物活性,还能降低重金属的生物有效性,减少其对土壤的污染。本文通过研究鸡粪堆肥对土壤重金属总量和形态的影响,揭示施用... 详细信息

我国农田土壤重金属污染问题较为突出,对人体健康具有潜在影响,急需治理。鸡粪堆肥不仅可以提高土壤肥力,增加微生物活性,还能降低重金属的生物有效性,减少其对土壤的污染。本文通过研究鸡粪堆肥对土壤重金属总量和形态的影响,揭示施用鸡粪堆肥后农田土壤中重金属情况,明确鸡粪堆肥施入土壤后的危害。研究结果表明,施用堆肥后土样中的重金属Cu、Zn、Pb分别增加了2.7%、24.1%、0.3%,均未超过国家标准。此外,铁锰氧化物结合态和有机态的Zn、Cu和Pb分别下降了4.18%,10.25%,10.93%和15.30%,23.43%,28.61%;残渣态的Zn、Cu和Pb分别下降18.25%,28.79%,39.02%,施加鸡粪堆肥后,Zn、Cu和Pb生物有效性α值分别由对照的0.84、0.93、0.75降低至0.65、0.64、0.36。综合以上研究可得,从有机结合态转换为残渣态,有利于降低重金属的生态环境风险。

关键词：土壤鸡粪堆肥重金属形态生物有效性

利用微波-超声波协同萃取技术测定城镇污泥中重金属形态

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环境保护科学 2024年第1期50卷 133-139页

作者：孙伟香高燚李淑栋孙翌杨海月青岛市城市排水监测站青岛266000 青岛排水有限公司青岛266000

城镇污泥中重金属的处置一直是国内外瞩目的热点,城镇污泥成分复杂、含水率较高,对其中重金属形态的提取及测定带来了较大的难度。通过微波-超声波技术的顺序浸提法对城镇污泥中重金属形态进行测定,对城镇污泥中铝、镉、铬、铜、镍、铅... 详细信息

城镇污泥中重金属的处置一直是国内外瞩目的热点,城镇污泥成分复杂、含水率较高,对其中重金属形态的提取及测定带来了较大的难度。通过微波-超声波技术的顺序浸提法对城镇污泥中重金属形态进行测定,对城镇污泥中铝、镉、铬、铜、镍、铅、锌、钡、砷、汞10种金属不同形态的消解液、萃取剂用量和超声波时间进行优化,利用ICPAES和AFS测定重金属各形态的质量分数。结果表明,该方法测定城镇污泥中重金属各形态的质量分数呈现良好的线性关系,相关系数均>0.9995,检出限为0.005μg/L~0.009 mg/L,定量限为0.833μg/kg~1.500 mg/kg,加标回收率为81.3%~114.6%,实际样品的重金属回收率为81.8%~100.4%。该方法可应用于城镇污泥中重金属不同形态的检测。

关键词：超声波城镇污泥重金属形态顺序浸提法

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淋洗法对矿区周边污染土壤中重金属形态的影响

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环境与发展 2024年第1期36卷 88-93,108页

作者：刘雨昕广东省科学院生态环境与土壤研究所广东广州510006

本文以广东省韶关市大宝山矿区周边重金属污染土壤为研究对象,采用EDTA、柠檬酸和草酸作为淋洗剂对土壤中的Pb、Zn、Cu、Cr进行去除,并对淋洗前后土壤中重金属形态变化进行研究,以分析土壤中重金属的存在形态对淋洗效果的影响以及淋洗... 详细信息

本文以广东省韶关市大宝山矿区周边重金属污染土壤为研究对象,采用EDTA、柠檬酸和草酸作为淋洗剂对土壤中的Pb、Zn、Cu、Cr进行去除,并对淋洗前后土壤中重金属形态变化进行研究,以分析土壤中重金属的存在形态对淋洗效果的影响以及淋洗法对土壤中重金属形态的影响。结果表明,三种淋洗剂对Pb、Zn、Cu、Cr的整体去除效果依次为草酸>EDTA>柠檬酸,Cu>Cr>Zn>Pb。利用Tessier五步提取法对草酸淋洗前后的土壤进行重金属形态分析,发现淋洗效果与重金属的存在形态具有一定关系,淋洗能够有效的去除以可交换态和碳酸盐结合态形式存在的重金属离子。与淋洗前相比,淋洗后土壤中重金属的可交换态和碳酸盐结合态比例均减少,铁锰氧化物结合态和有机结合态比例整体增加,残渣态比例增加明显,能够有效降低土壤中重金属的环境风险。

关键词：矿区周边土壤淋洗重金属形态草酸

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土壤重金属形态提取方法研究现状及发展趋势

地球科学前沿（汉斯） 2024年第1期14卷 30-37页

作者：张陆钱建平刘津瑞纽康康张桓荣桂林理工大学地球科学学院广西桂林

土壤重金属污染问题是我国目前在环境治理方面的一个重大难题,它不仅影响土壤的肥力和功能,还威胁到人类健康和生态安全。土壤重金属的赋存形态决定了它们在土壤中的迁移、转化和生物有效性,因此,了解和分析土壤重金属的形态分布对于评... 详细信息

土壤重金属污染问题是我国目前在环境治理方面的一个重大难题,它不仅影响土壤的肥力和功能,还威胁到人类健康和生态安全。土壤重金属的赋存形态决定了它们在土壤中的迁移、转化和生物有效性,因此,了解和分析土壤重金属的形态分布对于评估其环境风险和制定合理的修复措施具有重要意义。本文综述了土壤重金属形态的国内外研究现状,总结了近些年国内学者对不同形态提取方法的研究概论,展望了土壤重金属形态提取方法的发展趋势,并提出了一些改进和创新的建议。

关键词：土壤重金属形态连续提取预测模型

矿业废弃地重金属形态分布特征与迁移转化影响机制分析

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环境科学 2023年第6期44卷 3573-3584页

作者：魏洪斌罗明向垒查理思杨慧丽自然资源部国土整治中心北京100035 自然资源部土地整治重点实验室北京100035 暨南大学生命科学技术学院广州510632 广东财经大学公共管理学院广州510320 华北科技学院文法学院廊坊065201

为探究矿业废弃地重金属形态分布特征和迁移转化的影响机制,在广东大宝山矿区矿业废弃地采集土壤和尾砂样品,分析重金属形态特征;采用Pb稳定同位素分析进行矿区污染源解析,并结合矿区典型矿物的X射线衍射分析(XRD)、透射电镜-能谱分析(T... 详细信息

为探究矿业废弃地重金属形态分布特征和迁移转化的影响机制,在广东大宝山矿区矿业废弃地采集土壤和尾砂样品,分析重金属形态特征;采用Pb稳定同位素分析进行矿区污染源解析,并结合矿区典型矿物的X射线衍射分析(XRD)、透射电镜-能谱分析(TEM-EDS)和拉曼分析,以及室内模拟浸出实验,阐明矿区重金属迁移转化的特征和影响因素.结果表明,矿区土壤和沉积物样品中Cd、Pb和As的赋存形态以残渣态为主,占总量的比例范围为85%~95%;其次为铁锰氧化物结合态(1%~15%).矿区土壤和尾砂中的主要矿物类型为黄铁矿(FeS_(2))、黄铜矿(CuFeS_(2))和金属氧化物,同时也存在少量的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS).酸性条件(pH=3.0)有利于Cd和Pb从土壤、尾砂和矿物(黄铁矿和黄铜矿)中释放迁移,并从残渣态向非残渣态转化.铅同位素分析显示土壤和尾砂中的重金属(Pb)主要来自采矿区金属矿物的释放,矿区柴油的贡献率在30%以内.多元统计分析表明矿区土壤和尾砂重金属主要来源于3种类型的矿物污染源,即黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿+金属氧化物,其中Cd、As和Pb主要由闪锌矿和金属氧化物贡献.矿业废弃地重金属形态变化易受环境因素的影响,开展矿业废弃地重金属污染源头控制应考虑重金属的形态特征和迁移转化影响因素.

关键词：矿业废弃地重金属形态分布特征迁移转化影响机制

江西某铅锌矿区土壤重金属形态分析及风险评价

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矿产综合利用 2023年第3期44卷 199-204,210页

作者：张永康冯乃琦刘岩徐志强张耀王庆中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所自然资源部多金属矿综合利用评价重点实验室河南郑州450006 西北地质科技创新中心陕西西安710054 江西省地质调查研究院江西南昌330030

这是一篇矿山环境工程领域的论文。土壤重金属污染影响时间长,具有较高的生物毒性,严重威胁人类健康。为了研究铅锌矿区土壤重金属污染现状和评估重金属污染风险,以江西某铅锌矿区为研究对象,采用改进BCR连续提取法分析了某铅锌矿区土... 详细信息

这是一篇矿山环境工程领域的论文。土壤重金属污染影响时间长,具有较高的生物毒性,严重威胁人类健康。为了研究铅锌矿区土壤重金属污染现状和评估重金属污染风险,以江西某铅锌矿区为研究对象,采用改进BCR连续提取法分析了某铅锌矿区土壤样品重金属元素(Cu、Pb、Zn、Cd)形态,并对重金属元素相关性进行了研究,利用风险评价编码法和次生相与原生相分布比值法评价了重金属元素的环境风险。结果表明:铅锌矿区土壤中Cu、Zn、Cd、Pb元素全量超标,Cu、Zn、Pb元素以残渣态为主,相较于Cu、Zn、Pb元素,土壤样品中Cd元素酸可提取态含量高,生物有效性强,Cd元素污染严重。矿区土壤样品中Cu、Zn、Pb元素残渣态含量均与全量呈极显著正相关,Cd元素残渣态与全量相关性不显著;酸可提取态中Cu、Zn、Cd、Pb元素含量呈极显著正相关,酸可提取态与pH值呈负相关。风险评价编码法和次生相与原生相分布比值法分析的结论较为一致,均为Cd元素污染严重,环境风险高,Cu、Pb、Zn元素污染较轻,环境风险低。本文可为铅锌矿区土壤重金属污染防治提供参考。

关键词：矿山环境工程重金属污染重金属形态生物有效性相关性风险评价

部分地区工业和农业环境中菜地土壤重金属形态及蔬菜吸收主控因子分析

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部分地区工业和农业环境中菜地土壤重金属形态及蔬菜吸收主控因子...

作者：段华泰南京农业大学

学位级别：硕士

工农业的快速发展以及人为活动影响力的不断扩大,大量重金属元素通过大气沉降、畜禽粪便、工业活动等途径进入土壤,带来了重金属污染问题并对人体健康产生了安全风险,因此备受关注。工业和农业区因其土壤性质、重金属污染来源的不同从... 详细信息

工农业的快速发展以及人为活动影响力的不断扩大,大量重金属元素通过大气沉降、畜禽粪便、工业活动等途径进入土壤,带来了重金属污染问题并对人体健康产生了安全风险,因此备受关注。工业和农业区因其土壤性质、重金属污染来源的不同从而重金属的赋存形态和生物有效性存在差异,进而在土壤-蔬菜中的迁移富集产生不同。本研究选择工业和农业环境中的菜地,选取了叶菜类蔬菜植株及其根际土壤样品各37对,分析工业和农业区菜地土壤及叶菜类蔬菜重金属的富集水平、赋存形态特征和蔬菜对重金属的吸收特点,对比不同研究区重金属在土壤-蔬菜系统的迁移富集差异。同时采集黄褐土、褐土、黑钙土和红壤四种类型的土壤进行盆栽试验,分别添加1%和3%的富Cu猪粪有机肥,分析施用畜禽粪便有机肥后土壤重金属的赋存形态以及作物吸收变化,结合随机森林模型和多元线性回归分析探寻影响蔬菜地上部吸收重金属的土壤主控因子,以期为不同源土壤污染防治和蔬菜安全生产提供科学依据。本文研究结果如下:（1）工业区土壤重金属全量显著高于农业区,Cu、Zn、Cd、Pb含量分别为农业区的2.35、1.86、3.67、1.90倍。与土壤风险筛选值（GB 15618-2018）和中国各省份土壤重金属背景值相比,工业区菜地土壤重金属的富集程度为Cd>Cu>Zn>Pb,其中Cd关于风险筛选值的单因子指数为0.59～10.16,已达到重度污染水平,超标率达94.74%,在四种重金属中最高,Cu、Zn、Pb关于风险筛选值的单因子指数分别为0.24～9.23、0.30～3.24、0.14～1.96。农业区土壤重金属富集程度为Cd>Zn>Cu>Pb,Cd超标率达到34.21%,Cu、Zn含量虽未超标,但其关于土壤背景值的单因子指数已接近2且具有高积累率。（2）工业和农业区菜地土壤重金属均表现为水溶态含量占比最低,平均占比均小于1%,除工业区土壤中的Cd外重金属残渣态含量占比最高,达27.47%～64.84%,其中Cu、Zn的残渣态占比在55%以上,铁锰氧化态含量占比仅次于残渣态,占比范围为13.31%～43.61%。农业区菜地土壤Cu、Zn的碳酸盐结合态、弱有机结合态含量占比分别为工业区的2.39、1.57和1.60、2.21倍。Cd的离子交换态、碳酸盐结合态、弱有机结合态、铁锰氧化态、残渣态含量占比接近,其中工业区土壤Cd的离子交换态占比最高,达到32.20%,为农业区的1.98倍,农业区土壤Cd的强有机结合态达5.72%,为工业区的2.59倍。Pb以残渣态、铁锰氧化态、弱有机结合态为主,工业区土壤Pb的离子交换态占比为农业区的2.50倍。（3）以水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态之和视为土壤重金属有效态含量。工业区土壤Cd、Pb的有效态含量占比分别为45.13%、11.12%,是农业区的1.60、1.89倍,农业区Cu的有效态含量占比为2.79%,是工业区的2.09倍。相关性分析结果土壤重金属有效态含量与重金属全量呈显著正相关。同时工业区土壤Zn的有效态含量与粘粒含量呈极显著负相关,Cd、Pb的有效态含量与p H值呈极显著负相关。农业区土壤Cu、Zn、Pb的有效态含量与有机质呈显著负相关。随机森林模型和多元线性回归分析结果显示,工业区蔬菜地上部Cu吸收量的主控因子为铁锰氧化态和强有机结合态含量,Cd、Pb吸收量的主控因子为重金属全量、水溶态和离子交换态含量。农业区蔬菜可食部分Cu吸收量的主控因子为水溶态、碳酸盐结合态含量、粘粒含量和重金属全量,Cd、Pb吸收量的主控因子为弱有机结合态、强有机结合态含量。工业和农业区蔬菜Zn吸收量的主控因子为土壤p H、CEC、粘粒含量。（4）盆栽试验的供试土壤中Cu主要以弱有机结合态、铁锰氧化态和残渣态形式存在,施用猪粪有机肥(Cu含量499.3mg·kg)后,土壤中Cu的水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态占比显著增加,残渣态占比降低。其中施用1%和3%水平猪粪有机肥的红壤、黄褐土Cu碳酸盐结合态占比分别增加了13.79%、20.52%和4.55%、10.87%,铁锰氧化态占比增加了16.78%、13.54%和3.67%、8.98%。黑钙土、褐土中Cu的弱有机结合态占比增加了3.94%、4.36%和3.69%、0.52%。施用猪粪有机肥显著增强了红壤、黄褐土中Cu的生物有效性,施用1%和3%水平的猪粪有机肥土壤有效态Cu的占比分别增加了18.43%、24.57%和7.05%、15.00%。（5）施用猪粪有机肥显著增加了小白菜地上部、根系对Cu的吸收,且随着施肥量的增加不断增加。小白菜对Cu的吸收在红壤中增幅最大,与CK相比,施用1%和3%的猪粪有机肥小白菜地上部、根系Cu含量分别增加了127.5%、242.5%和151.8%、260.8%,地上部Cu含量为国家食品限量标准的2.

关键词：工业区农业区重金属形态有效态蔬菜地上部主控因子铜

钢铁厂铬泥高温焚烧重金属形态分布及其环境风险评价

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烧结球团 2023年第3期48卷 7-13,105页

作者：范圣轩叶恒棣刘学玲李谦魏进超张垒武汉轻工大学化学与环境工程学院湖北武汉430023 中冶长天国际工程有限责任公司湖南长沙410205 国家烧结球团装备系统工程技术研究中心湖南长沙410205

钢铁冶金行业的铬泥主要来自于轧钢过程中排放的含铬废水经化学还原、中和沉淀和污泥压滤后产生的水站污泥。为了减少铬泥对社会环境的危害,本文以华中某钢铁厂污水处理站的铬泥为研究对象,通过管式炉焚烧实验探究了焚烧前后铬泥中重金... 详细信息

钢铁冶金行业的铬泥主要来自于轧钢过程中排放的含铬废水经化学还原、中和沉淀和污泥压滤后产生的水站污泥。为了减少铬泥对社会环境的危害,本文以华中某钢铁厂污水处理站的铬泥为研究对象,通过管式炉焚烧实验探究了焚烧前后铬泥中重金属的赋存形态特征,并采用毒性浸出法(TCLP)和风险评价编码法(RAC)对铬泥中重金属的潜在生态风险进行评价。结果表明:焚烧处置后铬泥中重金属的TCLP提取态含量大幅度下降,其中重金属Cr、Pb、Zn与Ni的TCLP提取态含量分别下降99.17%、82.92%、51.11%、77.86%,重金属形态分布几乎以残渣态为主;RAC风险评价结果显示,800℃焚烧处置后铬泥中Cr的环境风险极低。本研究可为烧结协同处置铬泥提供技术参考。

关键词：铬污泥焚烧重金属形态 TCLP RAC