Tarım arazisi topraklarında ağır metal kirliliğinin kimyasal pasivasyonunun iyileştirilmesine yönelik araştırma ilerlemesi
Toprak iyileştirme için yeni medyanın ilk platformuna dikkat edin
Dikkati tanımlamak için aşağıdaki QR koduna uzun basın
Önsöz
Kentleşme ve sanayileşmenin gelişmesi ve kentsel çamur ve atıkların tarımsal ekosisteme girmesi ile toprak ağır metal kirliliği giderek daha şiddetli hale geldi. Çevre Koruma Bakanlığı ile Arazi ve Kaynaklar Bakanlığı tarafından yapılan anketlere göre, Çin topraklarındaki çeşitli kirleticiler toplam anket noktalarının% 16,1'i için standardı aşıyor; Standart üstü ekili toprak noktalarının oranı% 19,4'e kadar çıkmaktadır ve kirlilik durumu iyimser değildir.
Ülkemizdeki yüksek nüfus baskısı, yüksek kaliteli ekilebilir arazi kaynaklarının kıtlığı ve gıda üretimine olan talep son derece belirgindir, kirlenmiş toprağın büyük ölçekli rekreasyonunun yapılması, gıda dışı mahsullerin ekilmesi veya bitki ıslahı yapılması imkansızdır; mühendislik önlemleri maliyetli ve uygulanması zordur ve kirlenmiş toprak dolgular. Gömülü ağır metal kirleticileri ortadan kaldırmaz, bu nedenle tarım arazileri ağır metalle kirlenmiş toprak için, mahsullerin güvenli bir şekilde üretimini sağlayabilecek pratik ve uygulanabilir bir iyileştirme önlemi, özellikle hafif ila orta derecede kirli tarım arazileri toprağı için kimyasal pasivasyon olmalıdır.
Kimyasal pasivasyon iyileştirme, kirletici maddelerin şeklini ve aktivitesini değiştirmek ve onları inaktif ve emilmesi zor gruplara dönüştürmek için adsorpsiyon, çökeltme, redoks ve kompleksasyon gibi mekanizmaları kullanarak kontamine toprağa çeşitli pasifleştirici ajanların uygulanmasıdır. Onarım ve kullanım teknolojisini gerçekleştirmek için noktalar. Halihazırda kullanılan pasifatörler temel olarak çeşitli fosfor içeren maddeler, kil mineralleri, biyokömür, oksitler, organik maddeler vb. İçerir ve bunların farklı kirleticiler, toprak tipleri ve kirlilik seviyeleri üzerindeki iyileştirici etkileri biraz farklıdır. İlgili inceleme belgeleri de yaygın olarak rapor edilmektedir. . Bu makale, ağır metal kirliliğini gidermek için bazı önemli kimyasal pasivasyon malzemelerinin araştırma sürecini özetlemekte ve tarım arazilerinde ağır metalle kirlenmiş toprağın araştırılmasını ve uygulanmasını daha da teşvik etmek için bir referans sunmaktadır.
1 Fosfor içeren maddeler, kirli toprakta ağır metalleri pasifleştirir
Fosfor içeren maddeler, bitkilere fosforlu besinlerin yanı sıra, toprak ağır metal kirliliğinin iyileştirilmesi üzerine yapılan güncel araştırmalardaki sıcak noktalardan biridir.Ayrıca, fosfor salgılayarak toprağı etkin bir şekilde sabitleyebilen ucuz ve çevre dostu bir iyileştirme malzemesidir. Ağır metallerde. Pratik uygulamalarda, yaygın fosfor içeren malzemeler arasında fosforik asit ve çözünür fosfat, kalsiyum fosfat, apatit, fosfat kaya tozu, kemik tozu ve diğer çözünmez fosfor içeren malzemeler ile aktif fosfat kaya tozu, fosfat çözünürleştirici bakteri-fosfat kaya tozu bulunur, Hayvan gübresi-fosfat kaya tozu kompostu ve diğer kompozit fosfor içeren malzemeler. Fosfor içeren malzemelerin onarılan nesneleri temel olarak Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Hg, Cr, Co ve As'dır.
Fosfat, topraktaki ağır metallerin pasifleştirilmesine doğrudan katılabilir ve genellikle diğer mineral malzemelerle karıştırılır. Pb ile kirlenmiş toprağı işlemek için fosforik asit ile asitlendirilmiş fosfat kaya tozu kullanmak, topraktaki kalıntı olmayan Pb'yi bir kalıntı durumuna dönüştürebilir ve topraktaki Pb'nin sızıntı toksisitesini azaltabilir. Pb ve fosfor, bitkiler tarafından Pb'nin emilimini önemli ölçüde azaltan çok kararlı bir fosfoklorol cevheri oluşturur. Ek olarak, kurşunla kirlenmiş toprağı tedavi etmek için fosforile biyokömür kullanımının iyi bir iyileştirici etkiye sahip olduğu bulunmuştur. Fosforik asidin pasivasyon etkisi ile karşılaştırıldığında, çözünür fosfatlar (amonyum fosfat ve potasyum hidrojen fosfat gibi) da doğrudan ağır metallerin pasifleştirme etkisine katılabilir. Toprağın 60 gün boyunca diamonyum fosfat ile muamele edilmesinden sonra, Cd'nin çözünmesi 306 mg / kg'dan 34 mg / kg'a düşmüştür ve fosfor içeriğindeki artış, buna bağlı olarak Cd'nin stabilizasyon etkisini artıracaktır. Lei Ming ve arkadaşları, disodyum hidrojen fosfatın ağır metallerin (Pb, Cd, Zn) kirlenmiş topraktan pirince göçü üzerindeki etkisini araştırdılar ve toprak pH'ını önemli ölçüde artırdığını ve topraktaki değiş tokuş edilen Pb, Cd ve Zn içeriğini düşürdüğünü buldular. Çeşitli pirinç organlarında Pb ve Cd içeriğini azaltın.
Süperfosfat ve ağır süperfosfat, ağır metallerle kirlenmiş toprağı onarmak için de kullanılır. Süperfosfat, Pb ve Cu ile kirlenmiş toprağı onarmak için kullanılır.Bir süre inkübasyondan sonra, Pb ve Cu büyük ölçüde kalıntılara dönüşür. Çift süperfosfat, Pb, Cu ve Zn bileşiği ile kirlenmiş toprağı pasifleştirmek ve onarmak için kullanılır. 4 hafta sonra, ekstrakte edilen Pb ve Cu'yu etkili bir şekilde azaltabildiği, ancak topraktaki Zn'nin stabilizasyonu üzerinde çok az etkisi olduğu bulundu; fosfor muamelesi Pb'yi inhibe edebilir ve Toprak profilinde Cu'nun radyal göçü. Pb, Cd, Cu ve Ni ile kirlenmiş toprağa ağır süperfosfat muamelesi uyguladıktan sonra, Pb ve Cd, Çin lahanası tarafından ağır metallerin emilimini azaltarak bir kalıntı haline dönüşür. Lin Li ve arkadaşları, ağır metaller Cd ve Pb ile kirlenmiş topraklara fosfor eklemenin çileklerde ağır metallerin birikimi üzerindeki etkilerini incelemek için bir pot deneyi kullandı.Sonuçlar, fosfor eklemenin yalnızca Cd ve Pb'nin çilek verimi ve kalitesi üzerindeki etkisini önemli ölçüde azaltmadığını, aynı zamanda Cd'yi de azalttığını gösterdi. , Çeşitli organizasyonlarda Pb birikimi.
Fosfor içeren malzemeler ayrıca kalsiyum fosfat, doğal apatit, fosfat kaya tozu, kemik tozu vb. Gibi çözünmeyen fosfat minerallerini de içerir. Bunlar alkali minerallerdir ve etkili fosfor, çözünür fosfat ve fosfat gübreden çok daha düşüktür. Ağır metalle kirlenmiş toprağın fosfat kaya tozu ile muamele edilmesi, bitkiler tarafından As emilimini artırabilir ve eğrelti otlarında Pb ve Cd içeriğini azaltabilir. Hidroksiapatit topraktaki Pb, Zn, Cd, Co ve Ni'nin biyoyararlanımını önemli ölçüde azaltabilir ve jeokimyasal stabilitesini artırabilir. Nano-fosfor malzemelerin özellikleri, sıradan fosfor içeren minerallerden farklıdır.Atış poligonunda ağır metaller Pb, Cu ve Zn kirliliğini tedavi etmek için nano-Ca3 (PO4) 2 kullandıktan sonra, topraktaki çıkarılabilir ağır metaller büyük ölçüde azalır ve Cu ve Pb'nin bir kısmı Nano-kalsiyum fosfat yüzeyi; Pb ile kirlenmiş toprağı yerinde onarmak için nano-hidroksiapatit yüklü biyokömür kullanılırken, Pb fiksasyon oranı% 74,8'e, kalıntı durumu% 66,6'ya yükseldi ve topraktaki biyolojik olarak kullanılabilir Pb önemli ölçüde azaldı.
Çözünmeyen fosfor mineralleri düşük fosfor bulunurluğuna sahiptir.Mevcut fosfor salınımını artırmak için, fosfor çözen bakteri-fosfat kaya tozu, organik asitle aktive edilmiş fosfat kaya tozu, hayvan gübresi-fosfat kaya tozu kompostu vb. Farklı kirlilik seviyelerini tedavi etmek için de kullanılır. toprak. Fosfat kaya tozu işlendikten sonra, etkili fosfor içeriği artar ve ağır metallerin pasivasyon etkinliği de orijinal fosfat kaya tozundan daha yüksektir. Park ve diğerleri, fosfat kaya tozunu işlemek için fosfor çözen bakterileri kullandıktan sonra, Pb'yi kirlenmiş toprakta sabitlemenin etkisi daha güçlü oldu. Fosfat çözücü bakteriler ile karşılaştırıldığında, fosfat kaya tozunun oksalik asit ile muamelesi, topraktaki ağır metaller Pb, Cu, Cd'yi daha iyi etkisiz hale getirebilir.Toksisite sızdırma analizi, Pb içeriğinin ABD EPA standardından daha düşük olduğunu gösterir; fosfat kaya tozu ve Oksalik asit fosfat kaya tozunu aktive ettikten sonra, değiştirilen kurşun içeriği azalır ve stabil Pb ve Cu içeriği artar ve fosfat kaya tozunu aktive etme etkisi daha iyidir. Xu Xuehui ve diğerleri, madencilik alanlarında Cd ve Cu ile kirlenmiş toprağa fosfat kaya tozu ve aktif fosfat kaya tozu eklemiş, bu da toprakta değiş tokuş edilen ağır metallerin içeriğini azaltabilir ve marul tarafından ağır metaller Cd ve Cu'nun emilimini azaltabilir; Hava parçalarındaki ağır metal içeriği, kontrole kıyasla% 55 ve% 59'a kadar azaltılabilir.
Fosfor içeren malzemeler, toprak ağır metallerinin yerinde ıslahında önemli pratik öneme sahiptir. Bu yöntemin toprak ortamına çok az etkisi vardır.Fosfor sağlamanın yanı sıra, çoğu fosforlu malzeme toprağın pH'ını artırabilir, topraktaki ağır metallerin formunu etkileyebilir, ağır metallerin çözünürden çözünmez hale dönüşmesini hızlandırabilir ve ağır metallerin bitkiler tarafından emilimini azaltabilir. Mevcut çalışmalar, fosfor içeren malzemelerin esas olarak Pb, Cd, Cu, vb. Gibi ağır metaller üzerinde iyi bir pasivasyon etkisine sahip olduğunu göstermiştir. Mekanizma, aşağıdaki yönlerde gösterilmiştir: ağır metal iyonlarının hidroksit çökelmesi oluşturmasına neden olmak için toprak pH'ını arttırın; salınan fosfatı kullanın Daha az çözünürlüğe sahip fosfat mineralleri (fosfokloroleadit vb.) Oluşturmak için ağır metal iyonları ile etkileşime girer; fosfor içeren minerallerin kristal kafesindeki toprak ağır metal iyonları ve katyonları izomorf ikameye uğrar ve sabitlenir; metal katyonlar elektrostatik olarak mineral yüzeyine adsorbe edilir. Birlikte yağış etkisi sabittir (Şekil 1) ve bu mekanizmalar gerçek ortamda bir arada bulunabilir.
2 İnorganik mineraller ağır metallerin pasivasyonu
İnorganik mineraller ayrıca, çoğunlukla bentonit, atapulgit, sepiolit, zeolit ve diğer inorganik mineraller dahil olmak üzere toprak ağır metallerinin kimyasal pasifleştirilmesinde ve kırmızı çamur, uçucu kül, fosfojips ve dolomit kalıntıları gibi endüstriyel yan ürünler için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, demir sülfat gibi bazı kimyasallar vardır. Bunlar genellikle bitki besinleri sağlamaz ve toprak özelliklerini iyileştirebilir.
2.1 Kil mineral pasivatörü
Toprak kirleticilerinin pasifleştirilmesi için kullanılan kil mineralleri arasında esas olarak sepiolit, atapulgit, bentonit (montmorillonit) vb. Yer alır. Bunların geniş özgül yüzey alanları, adsorpsiyon, iyon değişimi ile elde edilebilen iyi adsorpsiyon performansını belirler. Pozisyon reaksiyonu ve birlikte çökeltme gibi reaksiyonlar ağır metalleri pasifleştirir.
Palygorskite olarak da bilinen atapulgit, Cd, Pb ve Cu ile kirlenmiş toprak üzerinde iyi bir iyileştirici etkiye sahiptir. Zn'nin pasifleşmesi esas olarak adsorpsiyon ve yüzey kompleksleşmesidir ve Cd, karbonat, hidroksit veya yüzey kompleksi şeklinde sabitlenir. Xie Jingjing ve diğerleri, Zn2 + 'nın önce atapulgit yüzeyine hızlı bir şekilde adsorbe edildiğine, ardından yavaş çökeltmeye inanmışlardır.Yüzeyin hızlı hidrasyonu, süspansiyonun pH'ını artırabilir ve hidroliz ve Zn2 + çökelmesine neden olabilir.
Zhang ve diğerleri tarafından yapılan deneyler, kırmızı toprağın% 1 ila% 4'üne (kütle oranı) atapuljit eklendiğinde, topraktaki ekstrakte edilebilir ağır metal konsantrasyonunun önemli ölçüde azaldığını kanıtladı. Yin Fei ve arkadaşları,% 20 atapulgit eklenmesinin, ekstrakte edilebilir Pb, Cd, Cu oranını% 35 ila% 54'e kadar azalttığını, bitkiler tarafından kolayca emilen değiştirilebilir Pb'nin önemli ölçüde azaldığını ve kalan Pb'nin önemli ölçüde arttığını bulmuştur. Liang ve diğerleri ayrıca, atapulgitin çeltik toprağında Cd'nin değiştirilebilir durumunu azaltabildiğini, karbonata bağlı durumu ve kalıntı durumunu artırabildiğini ve kahverengi pirinçte Cd'yi% 23 ila% 56 oranında azaltabildiğini gösterdi.
Atapulgitin ağır metaller için adsorpsiyon kapasitesi, modifikasyonla artırılabilir. Atapuljiti mikro-nano ağa dönüştürmek ve kirlenmiş toprağa eklemek, topraktaki Cr () sızma miktarını önemli ölçüde azaltabilir ve Cr () 'yi Cr ()' ye indirebilir. % 10 kalsiyum bakımından zengin atapulgit eklemek, toprak asidinde çözünen Cd56% ve Pb82% azaltabilir. Atapulgit-mıknatıs kompoziti, U () 'yı ortadan kaldırmada tek bir bileşenden daha üstündür.
Montmorillonit, çökeltiye karıştırıldıktan sonra Zn'yi sabitleyebilir, ancak Cu'nun stabilitesini iyileştiremez. % 0.5 bentonit, Pb, Zn ve Cd'nin suda çözünürlüğünü önemli ölçüde azaltabilir. Zhang ve arkadaşları, montmorillonitin Cu'yu 3741 mg / kg'a kadar emebildiğini ve toprağa% 2 uygulanmasının, solucanlara karşı ağır metal toksisitesinin% 60'ını azaltabileceğini buldu.
Tek montmorillonite ile karşılaştırıldığında, modifiye edilmiş ürünlerinin çevresel uygulamaları daha fazla ilgi çekmektedir. Montmorillonit-OR-SH (etanol-su-merkaptosilan çözeltisinde dağılmış kalsiyum bazlı montmorillonit asidin aktivasyonundan sonra) doymuş adsorbe edilmiş Cd toksik değildir, 4 mahsulü sürekli olarak sakladıktan sonra toprak Cd'si hala önemlidir Pasivasyon etkisi. Sülfhidril ile modifiye edilmiş bentonitin uygulanması, toprak Cd ve Pb'yi etkili bir şekilde sabitleyebilir, topraktaki ağır metallerin aktif hal içeriğini önemli ölçüde azaltabilir ve bunları uzun vadeli iyi bir pasivasyon etkisine sahip olan stabil bir demir-mangan bileşik durumuna dönüştürebilir. Ek olarak, montmorillonit ve organik polimerlerin kompozit araştırmalarına ilişkin çok sayıda rapor bulunmaktadır. Kitosanın montmorillonite yüklenmesinden sonra, kompozitin Pb2 +, Cu2 + ve Cd2 + için maksimum adsorpsiyon kapasitesi sırasıyla 49.3, 28.2 ve 20.6 mg / g olmuştur.
Sepiyolit, iyi bir ağır metal adsorpsiyon kapasitesine sahiptir, çeltik toprağında değiştirilebilir Cd'yi azaltabilir ve karbonata bağlı durumu ve kalıntı durumunu artırabilir, böylece Cd, karbonat, hidroksit veya yüzey kompleksi şeklinde sabitlenir. Sepiyolitin% 0,5 ila% 5'i eklemek ıspanağın Cd absorpsiyonunu% 28,0 ila% 72,1 oranında azaltabilir.Toprağa% 5 sepiolit eklendiğinde enzim aktivitesi ve mikrobiyal biyokütle de geri yüklenir. Sepiyolit ilavesi TCLP-Cd'yi% 0,6 % 49,6 azaltabilir ve bitki absorpsiyonu% 14,4 % 84,1 oranında azaltılabilir. Toprağa% 1 ila% 5 sepiolit ilave edildikten sonra, Cd, Zn ve Pb'nin süzdürme miktarı% 60 ila% 70 azalırken, yonca saplarındaki Zn konsantrasyonu% 45 azaltılır. İlave miktarı% 5 olduğunda toprak solunum aktivitesi, dehidrogenaz ve alkalin fosfataz aktiviteleri sırasıyla% 25,% 138 ve% 42 artmıştır. Li ve arkadaşlarının deneyi, değiştirilebilir Cd'nin% 14,3 azaldığını,% 49,0'a düştüğünü, kahverengi pirinçteki Cd içeriğinin ise% 34,5 azaldığını,% 44,4'e düştüğünü gösterdi. Modifiye edilmiş sepiolit daha iyi bir pasifleştirme etkisine sahiptir, örneğin, doğal sepiolitinkinden% 43.5 daha yüksek olan hidrojen oksit ile modifikasyondan sonra Pb'nin adsorpsiyonunu büyük ölçüde artırabilir.
2.2 Endüstriyel atık uygulaması
Uçucu kül partikülleri, geniş bir spesifik yüzey alanına, alkaliliğe ve ağır metalleri adsorbe etme kabiliyetine sahip gözenekli bir petek yapısına sahiptir. Ağır metalleri sabitlemek için kirli toprağa uygulanabilir. Deneyler, uçucu külün iyileştirilmesinden sonra topraktaki etkin Hg, Cd ve Pb içeriğinin ortalama olarak% 24.4 ile% 31.8 arasında azaldığını ve pasivasyon etkisinin açık olduğunu göstermektedir.
Topraktaki ağır metal kirleticileri stabilize etmek için hem doğal zeolit hem de modifiye edilmiş zeolit kullanılabilir. Etki mekanizması, alkaliniteyi artırarak ağır metallerin yüzeyde adsorpsiyonunu veya ağır metal iyonlarının zeolit içindeki katyonlarla değişimini teşvik etmektir. Zeolitin gözenekleri yakınında katyonları değiştirerek gözeneklerin boyutunu değiştirerek, zeolitin yeni adsorpsiyon özellikleri verilebilir. Çalışmalar, bir ay boyunca toprakta% 2 zeolit yetiştirmenin Zn ve Pb'nin biyoyararlanımını% 15.9 ve% 6.1 oranında azaltabileceğini göstermiştir. Zeolitin kontamine toprağa eklenmesi, süzdürme çözeltisinin pH'ını artırabilir ve Pb'nin biyoyararlanımını azaltabilir. Doğal zeolit ile karşılaştırıldığında, potasyum nitrat ve sodyum hidroksit ile modifiye edilmiş zeolit, toprak asidi ile ekstrakte edilmiş Zn içeriğini önemli ölçüde azaltabilir.
Kırmızı çamur, güçlü alkali yoluyla boksit liçi alüminanın ürettiği kalıntıdır. Pb913mg / kg içeren toprağa% 1 kırmızı çamur eklemek, NH4NO3 ile ekstrakte edilen Pb'yi% 90 oranında azaltabilir. % 5 kırmızı çamur eklemek, toprak değiştirilebilir Pb ve Zn'yi% 99'dan fazla azaltabilir. İki aylık kırmızı çamur muamelesi, kontrole kıyasla biyolojik olarak kullanılabilir Cu içeriğini% 13,2 oranında azalttı. Bununla birlikte, bazı çalışmalar,% 5 kırmızı çamur ilavesinin kararsız Cd, Ni, Pb ve Zn durumlarını% 22 ila% 80 oranında azalttığını, As ve Cu'nun kararsız durumlarının sırasıyla% 24 ve% 47 arttığını göstermiştir. Çamur ekleme miktarı% 5 veya daha fazla olduğunda Cd, Ni, Pb ve Zn'nin akışkanlığı As, Cu, Cr ve V'den daha fazla azalır.
2.3 Diğer malzemelerin uygulanması
Topraktaki ağır metallerin pasifleştirilmesi için bazı demir esaslı malzemeler de kullanılmaktadır. Örneğin, çelik cürufunun yüksek bir pH değeri vardır, bu da ağır metallerin kimyasal olarak çökelmesine yol açar. Yin Fei ve diğerlerinin raporlarına göre,% 20 çelik cürufu eklenmesi, topraktaki değiştirilebilir Cd ve değiştirilebilir ve karbonata bağlı Zn içeriğini önemli ölçüde azaltabilir ve kalıntı Cu içeriğini önemli ölçüde artırabilir. Raporlara göre, toprağa demirli sülfat ilave edildikten bir ay sonra, asitle ekstrakte edilen toprağın içeriği, kontrol işlemine kıyasla% 86.6 azaldı.İki ay sonra, toprağın biyoyararlanımı As içeriği, kemik kömürü ve difosfattan daha iyi olan kontrolinkinden% 90.8 daha düşüktü. Hidrojen kalsiyum ve kompost. Ferrik sülfat miktarının artması ile mevcut As üzerindeki fiksasyon etkisi önemli ölçüde artmıştır; Fe3 + / PO43- molar oranı 7.2 olduğunda, mevcut Pb, Cd ve As'ın topraktan uzaklaştırılma oranları 7 gün sonra sırasıyla% 99,% 41 ve% 69 olmuştur.
Rinklebe ve arkadaşları, Cu ile kontamine toprakta aktif karbon, bentonit, biyokömür, kitosan, uçucu kül, organokil ve zeolitin iyileştirme yeteneklerini karşılaştırdı. Organokil ve zeolit dışında, diğer değişiklikler toprak pH'ını önemli ölçüde artırır. Tica ve arkadaşları, apatit ve Slovakitin (dolomit, bentonit, zeolit, vb. Karışımı) pasivasyon etkilerini karşılaştırdı. Her ikisi de ağır metaller Pb, Zn, Cu ve Cd'nin toksisitesini etkili bir şekilde azaltabilirken, Slovakite daha iyi etkiye sahiptir.
Çok sayıda doğal ve atık malzeme, ucuz ve kolay bulunabilirliği nedeniyle birçok araştırmacının ilgisini çekmiştir. Şu anda, bu malzemelerin uygulama özellikleri ve etkililiği üzerine birçok deney yapılmıştır, ancak aşağıdaki hususların daha da güçlendirilmesi gerekmektedir: 1) Tek bir mineralin ağır metallere mikroskobik kararlılık mekanizması; 2) Pasivatörlerin eklenmesinden sonra ağır metallerin uzun vadeli kararlılığı; 3) Kil Minerallerin ve ürün performansının değiştirilmesi.
3 Biochar'ın ağır metalleri pasifleştirmesi
3.1 Toprak ağır metallerinin biochar inaktivasyonunun etkisi ve mekanizması
Biochar, toprak ağır metal iyileştirme araştırmalarında önemli bir malzemedir. Saha deneyleri, buğday samanı biyokömürünün topraktaki Cd ve Pb'yi etkili bir şekilde sabitleyebileceğini kanıtlamıştır. Toprağa pirinç samanı ve pirinç kabuğu biyokömürü uygulamak, ağır metalleri kısa sürede etkili bir şekilde pasifleştirebilir. Biyokömürün ağır metallerin biyoyararlanımı üzerindeki etkisi, toprak pH'ının değiştirilmesi, toprak organik madde içeriğinin artırılması, toprak redoks durumunun ve mikrobiyal topluluk bileşiminin değiştirilmesi gibi çeşitli mekanizmaların sinerjisinden kaynaklanmaktadır ve biyokömürün ağır metaller üzerindeki adsorpsiyon mekanizması esas olarak elektrostatiktir. İyon değişimi, katyon bağı, çökelme reaksiyonu vb.
Biyokömürün ağır metaller üzerindeki pasivasyon etkisi, biyokömürün kaynağı, hazırlama koşulları (sıcaklık, karbonizasyon süresi vb.), Toprak özellikleri, ağır metal türleri ve kirlilik seviyeleri gibi birçok faktörden etkilenir. Biochar'ın görünen özellikleri, ağır metalleri bir dereceye kadar sabitleme yeteneğini belirler. Farklı hammaddeler ve piroliz sıcaklıkları, farklı özelliklere sahip biyokömür üretir ve toprak ağır metallerinin iyileştirme etkileri ve mekanizmaları da farklıdır. 600 ° C'de sert ağaçtan yapılan biyokömürün Cu ve Zn'ye adsorpsiyon kapasitesi 450 ° C'de pamuk samanından yapılan biyokömüründen daha yüksektir. Bambu kömürü ve pirinç samanı biyokömürü, Cu, Pb, Zn, Cd ile kirlenmiş toprağa farklı oranlarda uygulanmış ve ikincisinin daha iyi bir pasivasyon etkisine sahip olduğu bulunmuştur.
3.2 Biyokömür kompozit malzemeler üzerine araştırma
Yüksek sıcaklıkta piroliz işlemi sırasında bazı grupların kaybı ve adsorpsiyondan sonra ayrılmanın zorluğu nedeniyle, bazı bilim adamları biyokömürün diğer malzemelerle kombinasyonunu veya adsorpsiyon kapasitesini artırmak için kimyasal modifikasyonu incelemeye başladılar. Ana yöntemler aşağıdaki gibidir: 1) Biyokömürün spesifik yüzey alanını artırmak, yüzey fonksiyonel gruplarını (karboksil gibi) artırmak ve kirleticileri sabitleme yeteneğini geliştirmek için biyokömürü KOH, H2O2, O3, H2SO4 / HNO3 vb. İle değiştirin; 2) ve Manyetik adsorbanların bileşimi (nano-demir oksit, sıfır değerlikli demir, vb.), Biyokömüre manyetik özellikler kazandırabilir ve bu da geri dönüşüm için yararlıdır; 3) Biyokömürün depolama ve işleme yeteneklerini iyileştirmek için yeni kompozit malzemeler hazırlamak için nanoteknolojiyi birleştirin; 4) Kimyasal modifikasyon yöntemlerini kullanın Manganez veya magnezyum oksit, kalsiyum süperfosfat, vb., Biyokömür ile birleştirilir ve kirleticilerle etkileşime girebilen bazı gruplar, adsorpsiyon etkisini iyileştirmek için biochar yüzeyine eklenir.
Inyang ve arkadaşları, anaerobik sindirilmiş küspeden hazırlanan küspe biyokömürü ve biyokömürün Pb2 + uzaklaştırma etkisini karşılaştırdı ve ikincisinin Pb2 + için maksimum adsorpsiyon kapasitesinin, öncekinin 20 katı olduğunu buldu. Agrafioti ve arkadaşları, CaO çözeltisini, FeO tozunu, FeCl3 çözeltisini pirinç kabukları ve organik katı atıkları ile ayrı ayrı karıştırarak As (V) 'nin giderilmesi için As'ın uzaklaştırma oranının orijinal biyokömüründen önemli ölçüde daha yüksek olduğunu bulmuşlardır. Zhao ve arkadaşları, biyokömür ve fosfat gübresinin birlikte pirolizinin, ağır metallerin biyokömür ile fiksasyon oranını artırdığını gösterdi.
4Ağır metallerin kireçle pasifleştirilmesi
4.1 Kirecin toprak ağır metalleri üzerindeki pasivasyon etkisi ve mekanizması
Kalsiyum, kadmiyum ile izomorf ikameye sahip olabilir. Deneyler, sönmemiş kireç muamelesinin uygulanmasının kahverengi pirinçteki kadmiyum içeriğini 2 yıl içinde ulusal gıda hijyeni standart sınırının (0,2 mg / kg) altına düşürebileceğini göstermektedir. Pandit ve arkadaşları, kireç uygulamasının ıspanaktaki kadmiyum konsantrasyonunu azaltabileceğini buldu. Tan ve arkadaşları, toprağın kireçle inaktivasyonundan sonra beş sebzede (marul, Çin lahanası, karnabahar vb.) Kadmiyum içeriğindeki değişiklikleri incelemişler ve% 40 ila% 50 oranında azaldığını bulmuşlardır.
Ağır Metal Kirlenmiş Toprağın İyileştirilmesi Teorisi ve Pratiği
Yazar: Zhang Naiming eds
Dangdang reklam satın alımı
Ağır metalle kirlenmiş toprağın iyileştirme mekanizması ve teknoloji geliştirme
Yazar: Luo Yongming, vb.
Dangdang reklam satın alımı
Çin'de Toprak Kirliliği ve İyileştirme Konusunda Yirmi Yıllık Araştırma (İngilizce Sürüm)
Yazar: Luo Yongming
Dangdang reklam satın alımı
Kireç uygulaması topraktaki mevcut bakır içeriğini azaltabilir. Kurşunla kirlenmiş toprağın kireçle işlenmesinin ardından, mısırın kurşunun emilimi önemli ölçüde azalmış ve tahıllarındaki kurşun içeriği ulusal gıda hijyeni standartlarına ulaşabilmektedir. Wu Lieshan ve diğerleri yapay olarak kirlenmiş sarı kile kireç ekledi ve toprak Pb, Cu, Cd ve Zn'nin stabilite oranı% 98.5-% 99.8'e ulaşabilir. Kireçle krom (Cr6 +) ve civanın (Hg2 +) adsorpsiyonu çok kararlıdır.% 6 kireç uygulandıktan sonra toprak Cr6 + 'nın% 69 ve Hg2 +' nın% 63'ünü sabitleyebilir.
Kireç, topraktaki H + konsantrasyonunu azaltır, toprak partiküllerinin yüzeyindeki negatif yükü artırır, ağır metal iyonlarının adsorpsiyonunu teşvik eder ve ağır metallerin hareketliliğini azaltır. Ek olarak, kireç, ağır metallerin şeklini değiştirebilir, metal karbonat oluşumunu teşvik edebilir ve aktif ağır metal oranını azaltabilir.
4.2 Kireç ve diğer malzemelerin etkisi
Hengyang, Hunan'daki bir toprağa% 2 kireçle kalsine edilmiş alçı-odun kömürü (kütle oranı 3: 1: 2) uygulandı ve kadmiyum sabitleme oranı% 58.9'a ulaştı. % 2 doğal ayrıştırılmış inek gübresi +% 2 kirecin kombine uygulaması, Pb, Cu, Cd ve Zn'nin stabilite verimi% 95.9-% 99.4'e ulaştı. Kireç ve organik gübrenin birlikte uygulanması, topraktaki değiştirilebilir Cd içeriğini% 54,7 oranında düşürdü ki bu, tek başına kireçten çok daha yüksekti. Wang ve arkadaşları çayır toprağı üzerinde Cd pasivasyon deneyleri yaptılar ve en iyi etkiyi% 0,2 kireç +% 5 serpantin bileşiği elde etti 60 günlük işlemden sonra, etkili Cd içeriği% 29,1 azaldı. O ve arkadaşları, Kireç, cüruf ve küspenin Kuvaterner kırmızı kil üzerindeki pasivasyon etkisini incelemişler ve kombine uygulamanın en iyi etkiye sahip olduğunu ve kadmiyum içeriğini% 58,3 ila% 70,9 oranında azalttığını bulmuşlardır.Düşük Cd birikimine sahip pirinç çeşitlerinin yetiştirilmesiyle birleştiğinde kahverengi pirinç yapabilir Cd içeriği kirletici sınırına indirilir.
Ağır metalleri pasifleştirmek için diğer 5 pasifleştirici ajan
5.1 Organik pasivasyon ajanı
Organik maddeler sadece bitki besinleri sağlamak ve toprağı iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda toprak ağır metal kirliliğinin iyileştirilmesinde yaygın olarak kullanılan etkili toprak ağır metal adsorpsiyonu ve kompleksleştirici maddelerdir. Organik madde, toprak pH'ını artırarak, toprak katyon değişim kapasitesini artırarak ve çözünmeyen metal-organik kompleksler oluşturarak toprak ağır metallerinin biyoyararlanımını azaltır. Şu anda, yaygın olarak kullanılan organik pasifatörler, çoğunlukla bitki samanı, çiftlik hayvanları ve kümes hayvanları gübresi, kentsel çamur ve organik kompostu içermektedir.
Tarım arazilerine fiğ uygulandığında, topraktaki mevcut bakır ve kadmiyum içeriği azalır ve aynı zamanda pirinç samanında ve tahıllarında bakır ve kadmiyum içeriği azalır. Pirinç samanı ve fosfat gübresinin birlikte uygulanması, topraktaki ağır metallerin fito bulunabilirliğini azaltabilir. Pirinç samanı kompost uygulaması, tarım arazisi toprağındaki ağır metallerin karbonata bağlı haldeki oranını, demir mangan oksit bağlı haldeki, organik maddeye bağlı haldeki ve Zn, Cd ve Pb ağır metallerinin kalıntı hallerini artırırken, tarım arazilerindeki ağır metallerin biyoyararlanımını da azaltır .
Kanatlı gübresi, biyo katı maddeler vb. Topraktaki çözünür organik madde içeriğini artırabilir ve ağır metallerle daha kararlı bir metal-organik kompleks oluşturabilir, ağır metallerin biyoyararlanımını azaltabilir, özellikle daha yüksek olgunluğa sahip organik maddeler yoluyla kil oluşturabilir. Metal-organik üçlü kompleks, ağır metal adsorpsiyon miktarını arttırır. Domuz gübresi uygulamasından sonra pirinç ve buğday ekinlerinin yüzey toprağındaki ağır metaller Cu ve Zn içeriği biraz artmış, statik çevre kapasitesi azalmıştır. Kanatlı gübresi, biyo katı maddeler, vb., Kullanımdan sonra sabitlemek için Hg ile güçlü bir şekilde birleştirilebilir. Tarım arazisi toprağına domuz gübresi eklemek, topraktaki mevcut bakır ve kadmiyum miktarını önemli ölçüde azaltabilir ve ayrıca saman ve tahıllardaki bakır ve kadmiyum içeriğini büyük ölçüde azaltabilir.
Hashimoto ve arkadaşları, çiftlik hayvanı gübresinin Pb liçi üzerindeki etkisini incelediler ve çiftlik hayvanlarının gübresinin toprakta suda çözünen ve değiştirilebilir Pb içeriğini önemli ölçüde azaltabildiğini, kalıntı duruma dönüşmesini teşvik ettiğini ve göçünü ve biyoyararlanımını azaltabildiğini buldu. Zhang Yali ve diğerleri, domuz gübresi ve diğer organik maddeleri Cd ile kirlenmiş toprağa uyguladılar ve benzer sonuçlar elde ettiler. 15g / kg gübre ve filtre pres çamurunun uygulanması, topraktaki eksojen Ni'nin fito-elde edilebilirliğini azaltmıştır.
Ayrıştırılmış kompost toprağa uygulandıktan sonra, ağır metallerin biyoyararlanımı azaltılabilir.Kontamine topraktaki As, Cd, Pb, Zn, vb. Biyolojik olarak kullanılabilir içeriğini önemli ölçüde azaltmakla kalmaz, aynı zamanda bitkiler tarafından ağır metallerin emilimini de önemli ölçüde azaltabilir. Bakırla kirlenmiş toprağa biyolojik kompost eklemek, CaCl2 ile ekstrakte edilen bakır içeriğini önemli ölçüde azaltır ve toprağın pH'ını artırır.
Hümik asit, ağır metallerle birleşebilir ve ayrıca toprak ağır metalleri için bir pasifleştirme maddesidir. Pb ile kirlenmiş toprak, hümik asit ve bentonit (veya süperfosfat) ile muamele edildi ve sırasıyla% 20 hümik asit ve% 20 bentonit,% 10 hümik asit ve% 6 süperfosfat eklendiği bulundu. 40 günlük fiksasyondan sonra topraktaki mevcut kurşunun içeriği hepsi idi önemli ölçüde azaltın. Bakırla kirlenmiş toprağa ana maddesi hümik asit olan linyit eklenmesi, toprakta CaCl2 tarafından çıkarılan bakır içeriğini önemli ölçüde azaltır.
5.2 Demir tozu
Nano demir veya demir içeren nano malzemeler de toprak ağır metallerinin işlenmesinde önemli bir rol oynar. Bazı araştırmacılar, kontamine toprakta Cd, Cr ve Zn'nin etkinliğini azaltmak için sıfır değerlikli nano demir kullandılar ve bunun metallerin stabilitesini önemli ölçüde artırabildiğini ve Cr üzerinde iyi bir onarım etkisi ve stabiliteye sahip olduğunu buldular. Çalışmalar, demir kumu vb. İle birleştirilmiş organik kompostun, ağır metal kirleticileri pasifleştirirken ağır metallerin biyolojik etkililiğini önemli ölçüde azaltabilen ve tek başına inorganik pasifatörlerin etkisini aşabilen ilave bir etki gösterdiğini doğrulamıştır.
Arsenikle kirlenmiş toprağa uygulanan nano-sıfır değerlikli demir tozu, arseniği suda çözünür ve adsorbe edilmiş durumdan, suda çözünür ve adsorbe edilmiş arseniğin azaltılabildiği amorf demir-alüminyum oksit birleşik durum ve kristalin demir-alüminyum oksit durumuna dönüştürebilir. % 70 ve% 18, amorf demir-alüminyum oksit birleşik hali ve kristalin demir-alüminyum oksit hali arsenik sırasıyla% 42 ve% 51 arttı ve Panax notoginseng'deki arsenik içeriğini önemli ölçüde azalttı. Demir fosfat nanomalzemeler, topraktaki suda çözünür, değiştirilebilir ve karbonata bağlı Cu içeriğini önemli ölçüde azaltabilir ve Cu'nun kalıntı durumuna dönüşümünü teşvik edebilir; demir nanomateryaller, toprak liç çözeltisindeki Cr içeriğini önemli ölçüde azaltabilir.
Düşük moleküler ağırlıklı organik asitlerle birleştirilmiş nano-sıfır değerlikli demirin uygulanması, tarım arazileri topraklarında kurşunun uzaklaştırılmasını artırabilir ve 2.0 g / L sıfır değerlikli demir ile birlikte 0.2 mol / L sitrik asit, tarım arazisi toprağının uzaklaştırma verimini% 83 artırabilir. Nano sıfır değerlikli demir yüklü Biochar, topraktaki kromu etkin bir şekilde sabitleyebilir.Nano-sıfır değerlikli demir yüklü 8 gr / kg bio-char 15 gün boyunca toprağa uygulandığında, topraktaki altı değerlikli krom tespit edilemez, böylece toprak-bitki sistemindeki krom azalır. Aktar.
Sonuç
Çin'de tarım arazileri topraklarında ağır metal kirliliği alanının artmasıyla birlikte, uygulanabilir bertaraf yöntemlerinin bulunması acildir. Yurtiçinde ve yurtdışında yapılan araştırma ve uygulamalardan, topraktaki ağır metallerin kimyasal olarak pasifleştirilmesi, ağır metalleri daha iyi sabitleyebilir ve ağır metallerin aktivitesini ve çevresel risklerini azaltabilir, ancak yine de bu teknolojinin pratik uygulamasında incelenmesi gereken bazı problemler vardır.
(1) Pasivasyon ve diğer teknolojilerin birleşik kullanımı
Pasivasyon, ağır metallerin şeklini geçici olarak değiştirebilir, ancak topraktan tamamen ortadan kaldırılmamıştır. Dış koşullar değiştiğinde, sabit ağır metaller yeniden açığa çıkarak ikincil kirliliğe yol açabilir. Mikrobiyal iyileştirme teknolojisi, topraktaki ağır metalleri sabitlemek için mikroorganizmalar tarafından üretilen sülfidi kullanır ve bu kalıcı bir etkiye sahiptir. Ek olarak, mahsul rotasyonu-fosfor iyileştirme önlemlerinin kullanılması, tarım arazilerindeki ağır metal kirliliğini daha iyi onarabilir.
(2) Şema optimizasyonu ve pasivasyon ajanı değişikliği
Kirlenmiş toprak genellikle birden fazla ağır metalin bir arada bulunduğu bir sistemdir.Aynı zamanda coğrafya ve iklim gibi çevresel faktörlerin pasifleştirici maddeler için farklı gereksinimleri vardır. Bu nedenle, her bir ağır metalin özelliklerini, farklı pasifatörler ve onarım önlemleri seçmek için birleştirmek gerekir. Pasivasyon ajanı modifikasyonu, pasivasyon fonksiyonunu farklı ağır metallerin özelliklerine göre geliştirerek geniş spektrumlu çok fonksiyonlu bir pasivasyon malzemesi oluşturabilir.
(3) Yeni yüksek verimli çevre koruma pasifleştirme maddesinin araştırılması ve geliştirilmesi
Pasifleştirici ajanlar arasında sentetik materyaller ve doğal materyaller yer alır.Bazı doğal materyaller ağır metaller ve radyoaktif maddeler içerir.Toprak ortamda bırakılması da çevreye belirli yan etkilere neden olur.Bu materyaller belirli bir miktar biriktiklerinde olumsuz çevresel etkilere sahiptir. Dikkate alınması gerekiyor. Bu nedenle, ağır metallerle kirlenmiş toprağı onarmak için farklı malzemeler seçerken çevre dostu olmalı ve aynı zamanda onarım verimliliğini artırmalıdır.
(4) Pasivasyon mekanizması ve ürün kararlılığı
Pasivatörün doğası, ağır metallerin pasifleştirme mekanizmasını belirleyen ana faktördür. Şu anda, daha fazla uygulama için teorik bir temel oluşturmak için farklı materyallerin pasifleştirme mekanizması hakkında derinlemesine araştırma yapmak uygundur. Oluşan çözünmez ağır metallerde, hidroksitlerin ve karbonatların çözünürlüğü fosfat çökeltilerinin çözünürlüğünden daha fazladır.Bu nedenle, ağır metal çözünürlüğünün kullanılması ve farklı pasifatörlerin ve önlemlerin seçilmesi biyolojik Aktif, daha ağır metal iyonları, daha güçlü bir pasivasyon etkisi elde etmek için daha düşük aktiviteye sahip çözünmez minerallere dönüştürülür. Kaynak: Tarımsal Çevre Bilimi
