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        幾種浸出方法重金屬浸出濃度與浸提率差異的研究*

        2018-11-09 11:22:14桂宸鑫胡思揚(yáng)袁興中
        關(guān)鍵詞:污染差異方法

        桂宸鑫, 李 東,,3**, 胡思揚(yáng), 袁興中,,3

        (1. 重慶大學(xué) 煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400044;2. 重慶大學(xué) 資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院,重慶400044;3. 重慶大學(xué) 西南資源開發(fā)與環(huán)境災(zāi)害控制工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400030)

        浸出毒性判斷是固態(tài)介質(zhì)(廢物或污染土壤)中有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境危害程度的一種常用指標(biāo)[1]。我國(guó)浸出毒性浸出方法常用的有3種,分別對(duì)應(yīng)不同的污染控制標(biāo)準(zhǔn)[2]?!段kU(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB 5085.3—2007)中規(guī)定的浸出方法為《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299—2007),以硫酸硝酸溶液作為浸提劑[3];《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889—2008)中規(guī)定的方法為《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》(HJ/T300—2007),以醋酸緩沖溶液作為浸提劑[4];《危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18598—2001)中規(guī)定的方法為《固體廢物浸出毒性浸出方法翻轉(zhuǎn)法》(GB 5086.1—1997),以純水作為浸提劑[5]。除了這3種方法以外,經(jīng)常用到的浸出方法還有美國(guó)EPA危險(xiǎn)廢物鑒別方法中使用的浸出方法《Toxicity Characteristic Leaching Procedure》(Method 1311—1992),以醋酸緩沖溶液作為浸提劑(與我國(guó)的HJ/T300—2007基本相同)[6]。這4種方法的浸提劑和液固比均不完全一致,導(dǎo)致在危害性的判別上可能導(dǎo)致不一致[7]。如危險(xiǎn)廢物浸出毒性的鑒別上,我國(guó)采用的HJ/T299—2007使用硫酸硝酸溶液作為浸提劑,且液固比為10∶1,而美國(guó)采用的Method 1311使用醋酸緩沖溶液作為浸提劑,液固比為20∶1,與我國(guó)的HJ/T300—2007基本相同。

        為了比較不同浸出方法重金屬的浸提率和浸出液濃度及其影響因素,研究選取了鉻渣,鉻污染土壤及鉛污染土壤為試驗(yàn)材料,對(duì)比研究不同基質(zhì)類型、離子電荷性質(zhì)、浸提液和液固比對(duì)浸出結(jié)果的影響,并分析造成差異的主要原因。

        1 材料與方法

        1.1 樣品與儀器

        樣品中的鉻渣及鉻污染土壤均取自某廢棄化工廠;鉛污染土壤是由干凈土壤和一定濃度硝酸鉛溶液混合而成。兩種污染土壤均烘干、球磨、過篩(9.5 mm孔徑篩網(wǎng))后保存在陰涼干燥處待用。受試樣品特征參數(shù)如表1所示。

        測(cè)試分析的儀器主要有島津AA6300C型原子吸收分光光度計(jì),UNIC7200型可見分光光度計(jì),雷磁PHS-2F型pH計(jì)。

        表1 樣品的理化性質(zhì)

        1.2 試驗(yàn)方法

        浸出實(shí)驗(yàn)采用了6種浸出方法,各方法的主要參數(shù)見表2。其中,HJ/T299—20在HJ/T299的基礎(chǔ)上,將液固比由10∶1改為20∶1,以探究液固比對(duì)浸出液濃度和浸提率的影響。堿浸提法是選取EPA Method 3060a(Alkaline Digestion for Hexavalent Chromium)中的堿消解液作為浸提劑,以探究堿性條件對(duì)Cr(Ⅵ)浸出液濃度和浸提率的影響。

        浸提率 = 浸出液濃度×浸出液體積×出液固態(tài)樣品干重)。

        實(shí)驗(yàn)中每種方法均設(shè)置6組平行樣和3組空白加標(biāo)樣。采用配對(duì)t檢驗(yàn)法對(duì)各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的差異進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。

        表2 浸出方法主要試驗(yàn)參數(shù)

        a方法與HJ/T299—2007相比,僅液固比改變?yōu)?0∶1,其余參數(shù)相同。

        b方法為參考USEPA 3060A消解條件設(shè)定的參數(shù)。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 浸出液pH變化

        幾種浸出方法中浸提液的pH見表3至表5。表3至表5中,a代表Mean±SD(n=6);表3中,b代表方法HJ/T300—2007與USEPA method 1311 TCLP預(yù)實(shí)驗(yàn)判斷使用相同浸提劑,故二者實(shí)驗(yàn)條件相同,c代表ND: 未檢出;表4中,b代表浸提率=浸出液濃度×浸出液體積/試樣干重,c代表方法HJ/T300—2007與USEPA method 1311 TCLP預(yù)實(shí)驗(yàn)判斷使用相同浸提劑,故二者實(shí)驗(yàn)條件相同;表5中,b代表浸提率=浸出液濃度×浸出液體積/試樣干重,c0與 c4指對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異,c1與c5指對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異,c2與c6指對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異,c3與c7指對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異,d0與d4指對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異,d1與d5指對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異,d2與d6指對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異,d3與d7指對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異,c0與e0指對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異,c3與e1指提對(duì)樣品配對(duì)t檢驗(yàn)無顯著差異。針對(duì)HJ/T299和HJ/T300,根據(jù)浸提劑中加入的酸量,計(jì)算每克樣品分?jǐn)偟腍+離子量,可以得出HJ/T300加入的總酸量為0.68×10-3mol/g(pH=4.93)和1.969×10-3mol/g(pH=2.64),遠(yuǎn)大于HJ/T299加入的總酸量0.6×10-5mol/g。針對(duì)這3種固態(tài)介質(zhì),HJ/T300(Method 1311)浸出液的pH明顯低于HJ/T299的浸出液pH。GB 5086.1的浸提劑是純水,因此,浸出液的pH接近固體介質(zhì)的初始pH。

        表3 鉛污染土壤浸出液濃度、浸提率及pH值變化

        表4 鉻污染土壤浸出液濃度、浸提率及pH值變化

        表5 鉻渣浸出液濃度、浸提率及pH值變化

        2.2 Pb浸提結(jié)果比較

        由表3所示,HJ/T 300(Method 1311)能有效浸出樣品中的鉛,而HJ/T299與GB 5086.1幾乎沒有鉛浸出。外源鉛進(jìn)入土壤后的行為受到諸多因素影響,如與陰離子形成沉淀物[8]、吸附在土壤顆粒表面[9]、與土壤中有機(jī)質(zhì)絡(luò)合等[9]。其中,生成的沉淀物主要以Pb(OH)2、PbCO3和PbSO4等為主[10]。在進(jìn)行浸出實(shí)驗(yàn)時(shí),鉛的浸出率主要受3個(gè)因素的影響:

        (1) 一些鉛的化合物,如:Pb(OH)2、PbCO3等在酸性條件下溶解釋放出Pb2+離子[11];

        (2) H+離子通過離子交換作用促進(jìn)固相表面吸附的Pb2+離子解吸[12];

        (3) 土壤基質(zhì)中的一些組分(如碳酸鹽)被酸侵蝕,其表面吸附的Pb2+離子被釋放出來。由2.1的分析討論可知,HJ/T 300(Method 1311)使用的酸量遠(yuǎn)大于HJ/T299與GB 5086.1,其浸出液pH明顯低于后者,因此,其Pb2+的浸出量最高。

        2.3 Cr(Ⅲ)浸提結(jié)果比較

        由表4可知,鉻污染土壤的幾種浸出方法Cr(Ⅲ)浸出濃度由小到大依次為 HJ/T299—20

        再比較這幾種方法的浸提率,鉻污染土壤Cr(Ⅲ)的浸提率由小到大依次為GB 5086.1< HJ/T299

        2.4 Cr(Ⅵ) 浸提結(jié)果比較

        從表4與表5可知,鉻污染土壤中Cr(Ⅵ)的浸出濃度由小到大依次為 HJ/T299—20

        3 結(jié) 論

        (1) HJ/T300和Method 1311浸提劑酸量遠(yuǎn)大于HJ/T299,其浸出液pH較低,對(duì)固態(tài)基質(zhì)有酸蝕作用,導(dǎo)致吸附在基質(zhì)上的部分重金屬離子被釋放出來。

        (2) 對(duì)Cr(Ⅲ)和Pb2+這類陽(yáng)離子,其浸提率主要受重金屬存在形態(tài)、H+離子的離子交換作用和固態(tài)基質(zhì)的酸蝕3種因素影響。

        (4) 浸出濃度同時(shí)受浸提率和液固比的影響,可能導(dǎo)致高浸提率低浸出濃度的現(xiàn)象。

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