于佳匯 王波 胡辰晨 燕曉君 張維 徐彩翔 鄭士瑤
摘要:煙臺是一個臨渤海的海邊城市,在這里,廢棄貝殼的量高且多。我們引用專業(yè)所學(xué)知識研究貝殼粉對重金屬污染土壤的穩(wěn)定化作用,也實現(xiàn)了對廢棄貝殼資源的資源回收。為了探討不同質(zhì)量的貝殼粉對土壤中重金屬穩(wěn)化的作用,我們研究組對每個方案設(shè)置了平行實驗,通過測試綠蘿的長勢,分析不同質(zhì)量貝殼粉對重金屬的穩(wěn)化作用,記錄不同時間段綠蘿的葉片長度,土壤的pH值,運用x射線衍射實驗和電鏡測試的措施測試土壤中的含量,整頓剖析實驗數(shù)據(jù),利用orign8等軟件進(jìn)行試驗結(jié)果相關(guān)性分析及作圖。得出相應(yīng)結(jié)論,貝殼粉和土壤的比例為1:15可起到最大程度的土壤穩(wěn)化性,貝殼粉加入后土壤pH升高會使土壤的堿性增強,在堿性條件下,重金屬離子易與氫氧根結(jié)合形成氫氧化物沉淀;且部分重金屬離子有部分概率通過離子交換作用進(jìn)而形成碳酸鹽類沉淀。經(jīng)實驗監(jiān)測,土壤經(jīng)貝殼粉穩(wěn)定化作用后,監(jiān)測其內(nèi)的重金屬離子浸出濃度,對重金屬離子的擴散有所抑制,發(fā)現(xiàn)重金屬離子浸出濃度存在一定程度的降低。因此實驗得出貝殼粉可作為穩(wěn)定劑。
關(guān)鍵詞:貝殼粉;重金屬;土壤改良;吸附
正文:
實驗方法
土樣樣品選自印刷廠附近,植物樣品取長勢葉片數(shù)基本一致的綠蘿,本實驗有3個研究分組記為ABC,A組為200g污染土壤分別加入0,10,15,20,25,30g的貝殼粉并編號A1-A6,B組為200g污染土壤,10g陶粒塊,分別加入0,5,10,15,20,25,30g的貝殼粉并編號B1-B7。培養(yǎng)室溫度固定在10℃±2℃內(nèi),濕度16%,自然光照8h/d。實驗持續(xù)培養(yǎng),每隔七天測試土壤ph值,每隔三天澆定量的水。
實驗內(nèi)容
取各組土樣研磨過篩,80微米過篩,烘干箱溫度保持105℃烘干8個小時,烘干的土樣再次過篩80微米,裝入試劑袋內(nèi),做xrd測試,分析xrd的實驗結(jié)果選出較好類別,做電鏡測試。
實驗分析和數(shù)據(jù)處理
每天分派成員記錄綠蘿的長勢情況,并拍照記錄其形態(tài)變化和改變,共同商討,我們發(fā)現(xiàn)在沒有添加貝殼粉土壤的綠蘿,其生長長勢衰弱,根部變黑,莖葉不再呈綠色而是逐漸發(fā)黃,有的生長量下降,最終枯萎死亡,而添加貝殼粉的綠蘿生長長勢,與沒添加貝殼粉的綠蘿生長長勢相比較,其生長受到促進(jìn),在一定適宜用量的條件下,貝殼粉添加量與其吸附效果成正比,然而隨著吸附量達(dá)到飽和,過量的貝殼粉不會在吸附土壤中重金屬離子。為了避免浪費材料達(dá)到最高程度的使用率,經(jīng)分析得出,貝殼粉添加量和土壤比例為1:15的綠蘿長勢好。
物理吸附受ph值影響,由綠蘿不同時期土壤pH記錄情況可知,加入貝殼粉可以有效的改良土壤中元素離子的成分及比例,從而影響植物的ph變化,進(jìn)而影響植物的生長。貝殼粉在一定程度上可以通過一些離子作用,調(diào)節(jié)土壤的酸堿性,使土壤更適宜作物生長。加入貝殼粉及貝殼粉配合物,能夠在短時間內(nèi)有較大成效的提高土壤的pH值,但隨著時間的延長,由于作物的生長,土壤本身的調(diào)節(jié)等作用,土壤的pH值會慢慢回落。
施加陶粒廢料的B處理組綠蘿生長狀況明顯優(yōu)于未施陶粒廢料的A對照組,對株高、莖粗、等生理指標(biāo)的提高具有明顯的促進(jìn)作用。陶粒本身含有堿性物質(zhì),在長期的處理過程中吸附沉積了一定量的含磷礦物,這些成分為提高土壤的pH值和土壤肥力提供了物質(zhì)基礎(chǔ),也可以用于改良重金屬污染的土壤。
空白組A1,A5,B6樣品經(jīng)過電鏡測試,加速電壓均為15.0KV,由電鏡微觀對比圖三分析可知添加貝殼粉的土壤Ca的含量大量增加,與此同時磷離子含量降低,且經(jīng)過高溫煅燒的貝殼粉效果更顯著,貝殼粉還可以有效降低土壤中pt的重量百分?jǐn)?shù),從而降低pt的遷移性和有效性。由xrd分析可知貝殼粉的主要成分是caco3同時還有少量的有機質(zhì),而隨著貝殼粉用量的增多,其他有機質(zhì)的含量鈉元素,鎂元素也在增加。此外電鏡微觀分析和xrd分析基本吻合。
實驗結(jié)果
本次研究經(jīng)過一系列的實驗與檢測,研究出貝殼粉對土壤重金屬穩(wěn)定化修復(fù)作用的現(xiàn)實意義。并且貝殼是一種天然的、易獲取的、耗資小的材料,實用性較高。由于貝殼粉疏松多孔,比表面積大,吸附重金屬的能力強,經(jīng)過貝殼粉調(diào)節(jié)后的土壤,它的PH值發(fā)生變化,酸堿性變化浮動遲緩,且可以有效地調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)土壤中營養(yǎng)成分的結(jié)合,改良土壤的效果更好,更久遠(yuǎn),且無副作用,對今后土壤酸化改良的方法有創(chuàng)新性的改變。土壤的酸化改良后,種植的作物產(chǎn)量將有提高,在陶粒粉的搭配上有較好的體現(xiàn),貝殼粉與陶粒相結(jié)合使用,可以使土壤更加適宜作物的生長。因此,貝殼粉在改良污染的土壤上具有實際效益。貝殼粉改良重金屬污染土壤原理如下兩條,一是在土壤中溶解增加氫氧根,與重金屬反應(yīng)發(fā)生沉淀,二是離子交換和貝殼粉表面吸附作用,實現(xiàn)重金屬穩(wěn)定化。
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(作者單位:煙臺大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院)