两种螯合剂EDTMP和PAA对土壤重金属的去除研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xianglongke2000
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土壤重金属污染当前已引起全球关注,是重大环境问题之一。土壤淋洗是一种快速有效的重金属污染土壤修复技术,筛选绿色高效的新型淋洗剂是该技术发展和应用的关键。本研究采用乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)和聚丙烯酸(PAA)两种不同类型螯合剂淋洗去除污染土壤中的重金属,探究和对比这两种螯合剂在不同淋洗条件下对土壤重金属的去除效率,通过二次饱和-D最优设计(QSDD)进一步对其淋洗规律进行研究,并优化其淋洗过程,同时从淋洗前后土壤基础理化性质、残余土壤重金属形态等评估淋洗对土壤的影响,最后将不同淋洗废液处理方法进行比较研究,主要研究结果如下:(1)EDTMP和PAA作为螯合剂对土壤重金属均具有较好的淋洗效果。其中,EDTMP对土壤重金属Pb和Cd的淋洗效率相对较好,在浓度为2%时,对Pb和Zn淋洗率分别为89.80%和46.66%,而对Cd的淋洗效率在浓度2.5%时为65.63%。而相比之下,PAA则对Cd的淋洗效率最高,在浓度为2%时去除效率可以达到74.29%,在该浓度下对Pb和Zn淋洗率分别为60.69%和34.25%。(2)两种螯合剂淋洗液的浓度、pH和时间对土壤重金属的淋洗效率影响显著。随着EDTMP和PAA浓度升高,对三种重金属的去除率呈幂函数增长(p<0.05);随着淋洗液pH的升高,PAA对Cd和Pb的淋洗率在pH 3.00-9.00间先升高后降低,因此PAA更适合在弱酸和中性条件下进行淋洗,而对于EDTMP,随着淋洗液pH的升高,对Pb的淋洗率则呈现先降低后升高的趋势,因此EDTMP可能更适合在强酸、强碱环境中的淋洗;而随淋洗时间的增加,两种螯合剂的重金属淋洗率均呈先显著上升(p<0.05),2.0 h后逐渐平缓的趋势。(3)PAA可能通过三种机制发挥淋洗作用。首先,氢离子促进金属离子的解吸和溶解。其次,羧基聚离子通过螯合和静电吸附与金属离子结合。最后,静电斥力会使土壤分散,增加PAA与土壤颗粒的接触面积。在EDTMP中,亚甲基膦酸基团与氮原子相连,在溶液中每个EDTMP分子解离出四个膦羧基[-(HO)2OP],与金属离子结合形成环状螯合物。分子中的负电荷O原子和膦羧基中的N原子对金属离子具有库仑效应。(4)通过二次饱和-D最优设计,探究了EDTMP和PAA在淋洗时的各种淋洗效应,并在同时改变三个影响因素的情况下得出了最优淋洗条件,EDTMP对Cd、Pb、Zn的最佳去除率分别为92.74%、96.14%、50.76%,PAA对Cd、Pb、Zn的最佳去除率则分别为84.62、79.24、41.66%。(5)淋洗对土壤理化性质无明显影响。经EDTMP和PAA淋洗后,土壤总氮、全钾、速效氮、速效钾和阳离子交换量与淋洗前土壤含量相比变化不显著(p<0.05)。土壤有机质下降均低于5.58%,pH基本保持不变。除此之外,EDTMP淋洗后总磷和有效磷水平略有增加(p<0.05),因为EDTMP的膦酸基团仍留在淋洗后土壤中。(6)EDTMP和PAA淋洗对土壤中Cd、Pb和Zn形态的分布有较大的影响。PAA对可交换态、碳酸盐结合态、有机结合态的去除效果相对较好;EDTMP对于残渣态表现出相较于PAA来说更强的去除效果,而对其他组分的去除则均弱于PAA。总体而言,EDTMP和PAA的淋洗均显著降低了Cd、Pb和Zn的可交换态和碳酸盐结合态组分(p<0.05),从而降低了污染土壤的环境风险。(7)化学沉淀法和吸附法可以基本去除EDTMP和PAA淋洗废液中的重金属。化学沉淀法在使用过程中应注意沉淀剂的投加量。还原法在淋洗废液处理效果上明显较差。EDTMP淋洗废液经还原处理后Cd、Pb、Zn的最大去除率分别为34.71%、32.34%和79.95%,PAA则分别为74.18%、55.81%和89.38%。由于还原法只能与离子态的重金属进行反应,该结果也进一步验证了在淋洗机理部分针对两种不同螯合剂淋洗机理的推测,EDTMP的淋洗作用是以螯合作用为主,而对于PAA来说,其反应机制主要为酸性解吸和静电吸附。
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