【摘要】：重金屬由于其毒性、持久性和生物累積性對(duì)水體環(huán)境和生物健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。烏梁素海地處內(nèi)蒙古黃河河套平原,其水質(zhì)安全關(guān)系地區(qū)用水安全。近年來(lái),烏梁素海受重金屬污染嚴(yán)重,對(duì)沉積物中重金屬進(jìn)行固定化是減少污染的關(guān)鍵。固定化技術(shù)利用穩(wěn)定劑和重金屬之間的物理化學(xué)作用,降低重金屬的流動(dòng)性,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)受重金屬污染沉積物的修復(fù)。本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬,以高原寒旱區(qū)湖泊─烏梁素海為研究對(duì)象,選取生物炭(Biochar,BC)、納米零價(jià)鐵(Nanoscale zero-valent iron,nZVI)和生物炭負(fù)載納米零價(jià)鐵(Biochar-supported nanoscale zero-valent iron,BC-nZVI)為穩(wěn)定劑,對(duì)沉積物中的鎘(Cd)進(jìn)行固定化研究,結(jié)果對(duì)寒旱區(qū)湖泊沉積物的重金屬污染修復(fù)具有一定指導(dǎo)意義。本研究利用高溫限氧熱解法制備BC,液相還原法制備nZVI和BC-nZVI。通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、能譜分析(EDS)、X射線衍射(XRD)和傅里葉紅外光譜(FTIR)等對(duì)穩(wěn)定劑進(jìn)行表征。此外,通過(guò)批次實(shí)驗(yàn)確定了穩(wěn)定劑BC-nZVI的最佳鐵炭比及投加量。結(jié)果表明,當(dāng)鐵炭比nZVI/BC=1:3,投加量為0.05g,且老化時(shí)間為35 d時(shí),BC-nZVI對(duì)Cd的固定效果最好,此時(shí)沉積物中Cd的殘?jiān)鼞B(tài)含量增加了52.10%。為模擬烏梁素海實(shí)際環(huán)境,選擇上覆水中磷濃度、共存離子、溫度和腐殖酸(HA)含量等因子作為影響因素,考察了BC、nZVI和BC-nZVI三種穩(wěn)定劑對(duì)沉積物中Cd的固定效果。研究表明,上覆水溶液中含磷可以使Cd的固定效果增強(qiáng),尤其是當(dāng)水中磷濃度為0.02 mg/L時(shí),BC-nZVI對(duì)Cd的固定效果最好,殘?jiān)鼞B(tài)增加了77.44%。通過(guò)研究Cl~-、HCO_3~-、Cu~(2+)和Zn~(2+)對(duì)Cd固化的影響,發(fā)現(xiàn)Cl~-、HCO_3~-和Zn~(2+)的存在更有利于Cd的固化,Cu~(2+)的存在對(duì)固定Cd不利,尤其是Cu~(2+)在較高濃度(10 mM)時(shí),增加了Cd向上覆水釋放的風(fēng)險(xiǎn)。在考察溫度對(duì)Cd固定的影響時(shí),同時(shí)測(cè)定了沉積物pH值、氧化還原電位(ORP)值、有效磷含量以及Cd形態(tài)的變化情況。結(jié)果表明,隨著溫度的升高,BC和BC-nZVI的加入均可使沉積物的pH值增加,ORP值先增加后減少,有效磷含量增加。同時(shí)發(fā)現(xiàn),在不同溫度條件下BC-nZVI對(duì)Cd的固定效果最好,特別是在0°C和30°C時(shí),殘?jiān)鼞B(tài)含量增加了25.44%和38.67%,Cd的流動(dòng)性顯著降低。考察HA的添加對(duì)Cd固定化影響時(shí),發(fā)現(xiàn)添加HA可以使得穩(wěn)定態(tài)Cd含量增加,BC-nZVI使Cd的殘?jiān)鼞B(tài)含量增加了69.86%。酶活性是評(píng)估沉積物修復(fù)效果的指標(biāo)之一。因此,文中還分析了在不同HA含量下,BC、nZVI和BC-nZVI對(duì)沉積物中生物酶活性的影響。通過(guò)測(cè)定沉積物中過(guò)氧化氫酶(CAT)、脲酶(UE)和堿性磷酸酶(AKP)三種酶的活性發(fā)現(xiàn)CAT變化不明顯,UE活性和AKP活性增加,且酶活性的變化情況與HA含量并無(wú)明顯相關(guān)性;同時(shí)還可推斷出,HA的添加有利于沉積物的修復(fù)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)三種穩(wěn)定劑的加入均可使部分Cd從不穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài),其中BC-nZVI的效果最好。通過(guò)固定化處理降低了Cd的流動(dòng)性,為烏梁素海重金屬污染沉積物的修復(fù)提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

烏梁素海平面位置示意圖

沉積物采樣點(diǎn)布設(shè)情況
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X524;TB383.1;O614.811

【參考文獻(xiàn)】

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1 李江遐;吳林春;張軍;王陳絲絲;于倩倩;彭毅;馬友華;;生物炭修復(fù)土壤重金屬污染的研究進(jìn)展[J];生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào);2015年12期

2 張穎純;王偉;;納米零價(jià)鐵顆粒除磷反應(yīng)機(jī)理[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2015年05期

3 趙勝男;李暢游;史小紅;張漢蒙;王爽;;烏梁素海沉積物重金屬生物活性及環(huán)境污染評(píng)估[J];生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào);2013年03期

4 朱青青;王中良;;中國(guó)主要水系沉積物中重金屬分布特征及來(lái)源分析[J];地球與環(huán)境;2012年03期

5 王亞平;王嵐;許春雪;季俊峰;王蘇明;;pH對(duì)長(zhǎng)江下游沉積物中重金屬元素Cd、Pb釋放行為的影響[J];地質(zhì)通報(bào);2012年04期

6 劉俊廷;潘紅捷;趙鎖志;鐘仁;劉寅彪;趙金鐘;樊永剛;;內(nèi)蒙古烏梁素海底泥重金屬元素污染評(píng)價(jià)[J];地質(zhì)與資源;2010年04期

7 張曉晶;李暢游;張生;史小紅;李衛(wèi)平;;呼倫湖沉積物重金屬分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2010年01期

8 楊卓,李貴寶,王殿武,崔惠敏,商同釗;白洋淀底泥重金屬的污染及其潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2005年05期

9 周禮愷,張志明;土壤酶活性的測(cè)定方法[J];土壤通報(bào);1980年05期

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1 陳健;活性炭負(fù)載納米零價(jià)鐵去除礦山廢水中Cu~(2+)和Cr~(6+)的研究[D];江西理工大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：2623205