【摘要】：重金屬由于其毒性、持久性和生物累積性對水體環(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,烏梁素海受重金屬污染嚴(yán)重,對沉積物中重金屬進(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,降低重金屬的流動性,從而實(shí)現(xiàn)對受重金屬污染沉積物的修復(fù)。本研究通過實(shí)驗(yàn)室模擬,以高原寒旱區(qū)湖泊─烏梁素海為研究對象,選取生物炭(Biochar,BC)、納米零價鐵(Nanoscale zero-valent iron,nZVI)和生物炭負(fù)載納米零價鐵(Biochar-supported nanoscale zero-valent iron,BC-nZVI)為穩(wěn)定劑,對沉積物中的鎘(Cd)進(jìn)行固定化研究,結(jié)果對寒旱區(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。通過場發(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)等對穩(wěn)定劑進(jìn)行表征。此外,通過批次實(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,且老化時間為35 d時,BC-nZVI對Cd的固定效果最好,此時沉積物中Cd的殘渣態(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,BC-nZVI對Cd的固定效果最好,殘渣態(tài)增加了77.44%。通過研究Cl~-、HCO_3~-、Cu~(2+)和Zn~(2+)對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+)的存在對固定Cd不利,尤其是Cu~(2+)在較高濃度(10 mM)時,增加了Cd向上覆水釋放的風(fēng)險。在考察溫度對Cd固定的影響時,同時測定了沉積物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。同時發(fā)現(xiàn),在不同溫度條件下BC-nZVI對Cd的固定效果最好,特別是在0°C和30°C時,殘渣態(tài)含量增加了25.44%和38.67%,Cd的流動性顯著降低�？疾霩A的添加對Cd固定化影響時,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的殘渣態(tài)含量增加了69.86%。酶活性是評估沉積物修復(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對沉積物中生物酶活性的影響。通過測定沉積物中過氧化氫酶(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含量并無明顯相關(guān)性;同時還可推斷出,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。通過固定化處理降低了Cd的流動性,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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X524;TB383.1;O614.811

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2623205