非饱和条件下铬渣污染土壤中Cr(VI)的环境界面行为及调控机制
批准号:
52070030
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘元元
依托单位:
学科分类:
环境污染治理与修复
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘元元
中文摘要
我国含铬废渣历史堆存量达600万吨,其堆放场地土壤通常受到了严重的Cr(VI)污染,也已成为周边土壤和水体的污染源。当前,针对铬渣污染土壤形成的非饱和土壤-铬渣-H2O体系中 Cr(VI)的形态转化及分配行为的研究尚不深入。课题拟运用土箱试验观测、同步辐射微观原位表征、量子化学理论计算和准化学平衡模拟,构建原位试验-微观观测-理论计算多维研究方法,阐明非饱和铬渣污染土壤环境中含铬次生矿物的演替过程、关键含Cr(VI)次生矿物生成及物相转化动力学;解析Cr(VI)在铬渣、新生次生矿物、土壤颗粒及H2O溶液中的分配机制;明确含Cr(VI)次生矿物-H2O-土壤颗粒界面上,典型含氧酸根和梯度酸碱性等土壤环境条件对Cr(VI)在铬渣-土壤-H2O体系中的分配规律及转化行为的影响机制。预期通过识别铬渣污染地块土壤中Cr(VI)的关键环境行为并明确其调控机制,为铬渣污染土壤修复方法的构建提供理论依据。
英文摘要
Large quantities of Chromite Ore Processing Residue (COPR) stockpiled in China amount to 6 million tons over the years, and the soils at the storage sites are usually severely contaminated with Cr(VI), which have become pollution sources of the surrounding soils and waters. The morphological transformation and distribution behaviors of Cr(VI) in the unsaturated soil-COPR-H2O system within the COPR-contaminated soils are rarely researched. A multi-dimensional research method including soil box tests, in-situ microscopic characterization of synchrotron radiation, quantum chemistry theoretical calculation and quasi-chemistry equilibrium simulation is proposed in this research. The succession processes of chromium-containing secondary minerals, and the generation of Cr(VI)-containing secondary minerals and their phase transformation kinetics in unsaturated zone of COPR contaminated soil will be illuminated; the distribution mechanisms of Cr(VI) in COPR, newly-formed secondary minerals, soil particles and aqueous solution will be analysed; the influential mechanisms of the typical environmental conditions such as oxyanion and gradual acidity and alkalinity conditions on the distribution and transformation behaviors of Cr(VI) at the interfaces of Cr(VI)-containing secondary minerals-H2O-soil particles in the COPR-soil-H2O system will be figured out. It is expected to identify the key environmental behaviors of Cr(VI) in COPR-contaminated soils and clarify the regulation mechanisms, which may provide the theoretical basis for the construction of the remediation methods of the COPR-contaminated soils.
铬渣污染场地土壤和地下水的Cr(VI)污染程度通常较高,对周围环境和人群健康已经构成了严重威胁。铬渣污染地块土壤因夹杂有铬渣而使土壤酸碱性、含Cr物种和Cr赋存形态等发生明显变化,形成了铬渣土壤混合层独特环境条件,为当前我国数量众多的铬渣污染地块的修复和风险管控带来了巨大挑战。本项目针对铬渣-土壤混合体系,从污染物Cr(VI)的源-汇关系视角切入,构建了非饱和土壤-铬渣-水-空气研究体系,形成了铬渣污染土壤环境概念模型,识别了非饱和土壤-铬渣环境中Cr(VI)的赋存形态和铬渣中关键含Cr(VI)次生矿物;解析了影响Cr(VI)释放和捕获的关键含Cr(VI)次生矿物并定量研究了其物相转化动力学过程,明确了Cr(VI)在铬渣-水-土壤体系中的分配机制;解析了SO42-等典型含氧酸根对含Cr(VI)矿物物相及Cr(VI)转化过程的竞争与抑制机制;观测SOM、锰氧化物等因素对Cr(VI)在铬渣-水-土壤体系中环境行为的影响机制;拓展性研究了铬渣污染场地土壤中颗粒态Cr(VI)的生成机制及垂向迁移规律。主要研究发现如下:(1)识别出了非饱和铬渣污染土壤中关键含Cr(VI)次生矿物层状双金属氢氧化物(LDHs),从Cr(VI)吸附特性和形态转化机制角度,完善了关键含Cr(VI)次生矿物的生成及演替过程;(2)从分子层面揭示了土壤环境中铬渣的Cr(VI)多阶段释放机制,并提出了Cr(VI)释放过程中铬渣矿物的演化路径;(3)阐明了土壤环境条件对铬渣老化过程的促进机制:降雨淋滤、强碱性条件和含氧酸根离子催化了铬渣的水化作用,空气加速了铬渣的碳酸化作用;(4)从铬渣-水-土壤体系的微界面分布和垂向分布角度,多维度地阐明了多形态Cr(VI)的分配机制;(5)发现了铬渣污染场地土壤中颗粒态Cr(VI)的生成机制及垂向迁移规律,丰富了固体废物污染土壤中污染物转化迁移理论。获得的研究成果可为铬渣污染地块修复与风险管控提供一定的理论依据。
复合水基胶质泡沫对非饱和带土壤中石油烃的形态转变调控及原位高级氧化机制
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批准号:52370162
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:刘元元
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依托单位:
有氧条件下地下水中纳米FeS物相性能演变及Cr(VI)非生物去除机制
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批准号:51778084
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:刘元元
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依托单位:
MSWI飞灰-粘土烧结过程中重金属稳定化机理及烧结动力学
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批准号:50808184
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2008
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负责人:刘元元
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依托单位:
国内基金
海外基金