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重金属污染是当今重要的环境污染问题之一。随着我国经济的快速发展和工业化进程加速,大量的重金属以各种途径如矿山开采、金属冶炼与加工、化工生产、化石燃料燃烧、农药化肥的施用等进入大气、水和土壤环境中,引起严重的环境污染,并对我国的生态安全、食品安全和人口健康构成威胁。因此矿区重金属污染土壤的治理已成为我国生态环境综合整治的重点领域之一。本文首先介绍重金属污染土壤的评价方法体系与修复方法,然后以湖南凤凰(HF)铅锌矿区和湖南水口山(SKS)铅锌矿区铅、镉污染土壤为案例,利用地质累积指数和综合污染指数评价两个矿区土壤重金属污染状况,同时研究铁锰结核、羟基磷灰石(HA)对污染土壤中铅、镉的固定效果,探讨HA和氯化钾(KCl)联合修复的优化参数组合,并通过植物栽培实验,对修复效果进行评价。取得的主要阶段性结论如下:
⑴利用地质累积指数(Igeo)和综合污染指数(IPI)对两个矿区铅、镉、铜、锌、铬五种重金属的综合污染评价得出:HF和SKS铅锌矿区土壤中铅、镉的Igeo均达到六级以上,即极强污染等级;HF铅锌矿区土壤重金属IPI为5.74,属中度污染,而SKS土壤重金属IPI为14.49,属严重污染。
⑵较铁锰结核的固定效果而言,羟基磷灰石对矿区铅、镉污染土壤的化学固定效果较好。当HA:Pb摩尔比为8时(铁锰结核的添加量与HA相应相等),铁锰结核和HA对两个矿区铅和镉的固定效率达到最大,其中,铁锰结核对HF和SKS铅锌矿区土壤中铅的最大固化率分别为33.05%和60.00%,对镉的最大固化率分别为27.79%和16.41%;HA对HF和SKS铅锌矿区土壤铅的最大固化率分别为77.04%和84.50%,对镉的最大固化率分别为28.14%和39.71%。
⑶KCI可促进HA对铅锌矿区土壤中TCLP浸提态铅、镉的固化率,在HA:Pb摩尔比为8时达到最佳修复效果,在此水平上,相比未添加KCI时的固化率,KCl:Pb摩尔比为2时土壤HF-1和HF-2中铅的固化率分别提高6.26%和7.74%,此时的固化率达到83.3%和97.27%;对镉的固化率分别提高0.33%和0.83%,此时的固化率达到35.96%和57.82%。HA:Pb:KCl的摩尔比为8:1:2时为最佳修复组合。
⑷未修复重金属污染土壤中4种蔬菜幼苗对铅的吸附量排序依次是:油菜>萝卜>茄子>辣椒,对镉的吸收量排序是:油菜>萝卜>茄子>辣椒;利用HA:Pb:KCl的摩尔比为8:1:2的修复剂修复后的土壤中4种蔬菜对铅的吸附排序依次是:油菜>萝卜>辣椒>茄子,对镉的吸收量排序是:萝卜>油菜>茄子>辣椒;茄果类蔬菜对铅和镉的吸附能力最低。
⑸修复剂HA和KCl联用,通过降低土壤中TCLP浸提态铅和镉含量,从而降低了4种蔬菜幼苗对铅、镉的吸收。与未修复土壤相比,HA和KCl联合修复后土壤中茄子、油菜、辣椒、萝卜等4种蔬菜中铅、镉的含量分别降低了83.71%、20.00%、18.59%、14.17%和57.85%、52.54%、34.76%、35.49%;经过修复后土壤中的辣椒可食部分铅含量已经低于国家无公害蔬菜重金属限值,镉含量虽降低,还远超标。未修复和修复后土壤栽培的辣椒可食部分对铅的富集系数分别为4×104和1×104;对镉的富集系数分别达到0.21和0.16。