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        鐵基材料對(duì)銻污染土壤固化穩(wěn)定化應(yīng)用效果研究

        2020-05-12 10:01:56唐禮虎
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2020年10期
        關(guān)鍵詞:鐵粉氧化鐵碳酸鈣

        唐禮虎

        (上海傲江生態(tài)環(huán)保有限公司,上海200120)

        銻廣泛應(yīng)用于合金中作為金屬或合金的硬化劑,也用于生產(chǎn)各種阻燃劑、搪瓷、玻璃、橡膠、涂料、燃料、陶瓷、塑料,銻主要以Sb(Ⅲ)和Sb(0)兩種價(jià)態(tài)暴露到環(huán)境中,在銻礦山和銻冶煉廠附近土壤和水體中都發(fā)現(xiàn)了較高含量的銻[1]。Sb 對(duì)人體和生物體具有慢性毒性,有致畸、致癌的健康風(fēng)險(xiǎn)。環(huán)境中的銻主要來(lái)自于鋪礦的開采、金屬冶煉加工和終端產(chǎn)品的使用。

        固化-穩(wěn)定化技術(shù)是在污染土壤中加入化學(xué)試劑或材料,利用它們與重金屬之間形成移動(dòng)性差、毒性小的物質(zhì)來(lái)降低其在土壤中的生物有效性,減少其向其它環(huán)境介質(zhì)的遷移,實(shí)現(xiàn)污染土壤的修復(fù)。鐵基材料是土壤中銻固化穩(wěn)定化的重要的材料。鐵基材料穩(wěn)定化Sb 主要是機(jī)理可能包括吸附,還包括共沉淀。而水合鐵氧化物主要通過(guò)吸附作用(表面吸附和內(nèi)吸附)去除Sb[2]。

        1 材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        1.1.1 供試土壤。實(shí)驗(yàn)所用土壤湖南某銻品廠廢棄工業(yè)場(chǎng)地,風(fēng)干后用橡膠錘破碎,并剔除土壤中大塊雜物后過(guò)2 mm 篩,混勻后備用。土壤樣品的基本理化性質(zhì)如下:

        表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

        1.1.2 固化穩(wěn)定化材料。本實(shí)驗(yàn)選取的固化穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)材料為:三氯化鐵(FeCl3)、碳酸鈣粉(CaCO3),氧化鐵粉(Fe2O3)以及還原鐵粉(Fe),以上藥劑均為分析純( AR)級(jí)試劑。以上實(shí)驗(yàn)藥劑按照質(zhì)量構(gòu)成比為20%的零價(jià)鐵粉,30%的碳酸鈣、25%的氧化鐵、20%的三氯化鐵混合而成的混合藥劑

        1.2 試驗(yàn)方法與分析方法

        1.2.1 試驗(yàn)方法。取300g土壤樣品置于1L燒杯中,按相應(yīng)質(zhì)量比添加穩(wěn)定劑,攪拌混勻后,再按質(zhì)量比加入去離子水?dāng)嚢杌靹?,使土壤含水率?5%左右。置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱(溫度25±1℃,濕度80%)中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)過(guò)程中每天測(cè)試一次含水率,并添加適量去離子水保持土壤含水率在(25±1)%,養(yǎng)護(hù)7d 后取出樣品進(jìn)行相應(yīng)的分析檢測(cè)。

        1.2.2 分析方法。土壤pH 測(cè)點(diǎn)采用電位法(HJ 962-2018);Sb浸出毒性采用危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別(GB 5085.3-2007附錄B);土壤Sb 的含量采用土壤和沉積物12 種金屬元素的測(cè)定王水提取- 電感耦合等離子體質(zhì)譜法(HJ 803-2016)。

        其中,K為穩(wěn)定效率,單位為%;C1與C2分別為固化穩(wěn)定化處理前后土壤中Sb 的浸出濃度,單位為mg/L;

        2 結(jié)果與討論

        2.1 藥劑施入量對(duì)土壤中Sb 的固化穩(wěn)定化效率研究

        從圖1 可知,隨著藥劑添加量的增加,土壤中Sb 固化穩(wěn)定化效率逐步增加。藥劑施入比例分別為土壤質(zhì)量的1%、2%、3%,5%時(shí),土壤Sb 的固定效率分別為35.3%、63.4%、81.8%,86.8%,這說(shuō)明本藥劑對(duì)土壤中Sb 固化穩(wěn)定化有著良好的效果。

        Fe3+水解產(chǎn)生的羥基氧化鐵(FeOOH)能夠通過(guò)專性吸附和非專性吸附的方式吸附土壤中的Sb(Ⅴ)并形成穩(wěn)定的絡(luò)合物[2],降低Sb(Ⅴ)的遷移。除此之外,鐵離子還可以與土壤中的Sb 直接反應(yīng)生成沉淀[2]。由于銻和砷為同族相鄰近元素,物理化學(xué)性質(zhì)相似,吸附Sb(V)與吸附As(V)具有相同的吸附機(jī)理,兩污染物在材料表面具有共同的吸附位,本實(shí)驗(yàn)藥劑中氧化鐵對(duì)銻的固化穩(wěn)定化作用可能是由于銻在氧化鐵表面發(fā)生的吸附和表面絡(luò)合作用與鐵砷共沉淀作用等。零價(jià)鐵粉在土壤中容易被氧化水解生成Fe2+、Fe3+以及FeOOH 等氧化和水合產(chǎn)物,這些產(chǎn)物通過(guò)吸附和共沉淀等將降低銻的浸出毒性[2-3]。也有研究表明施加鐵基材料可將交換態(tài)Sb 轉(zhuǎn)化為鐵錳結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)[3]。從圖中可知,銻固化穩(wěn)定化藥劑從1%增加至2%和3%時(shí),銻固定效率分別增加28.1%和18.4%,而銻固化穩(wěn)定化藥劑施入量由3%增加至5%時(shí),銻固化效率僅增加5%,說(shuō)明隨著藥劑施入量增加,銻固定效率增速減慢,銻固定效率趨于飽和,這與張劍鋒[4]、宋剛練[5]等人的研究成果一致。這可能由于隨著固化穩(wěn)定化藥劑的施加,污染土壤中相對(duì)自由的非吸附態(tài)的銻濃度降低,鐵基材料對(duì)銻的吸附和解吸達(dá)到平衡狀態(tài)。

        2.2 不同藥劑添加量對(duì)土壤pH 的影響

        圖1 不同藥劑添加量對(duì)土壤中Sb 的固化穩(wěn)定化效果

        圖2 不同藥劑添加量對(duì)土壤pH 的影響

        重金屬在土壤中存在形態(tài)與土壤pH 息息相關(guān)。從下圖中可以看到,原土的pH 為8.28,隨著固化穩(wěn)定化藥劑施入量由1%增加至5%時(shí),土壤pH 由8.03 降低至6.48。本藥劑中FeCl3為強(qiáng)酸性,其水解會(huì)使土壤的pH 值降低,這可能是藥劑施加使污染土壤pH 值降低的主要原因。而根據(jù)張湘茗、任學(xué)昌[6]的研究,污染土壤中施入碳酸鈣能夠提高土壤pH,而且水解后產(chǎn)生的CO32-和HCO3-作為一種緩沖離子對(duì)能夠緩解Fe3+對(duì)土壤pH 的影響.施入藥劑對(duì)pH 的降低可能就是FeCl3和碳酸鈣共同作用的結(jié)果。重金屬污染土壤固化穩(wěn)定化后阻隔填埋作為一種污染土壤的重要消納途徑之一。土壤阻隔回填以后一般需參考《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)土壤pH 的要求,既固化穩(wěn)定化后土壤pH 在6~9 之間,碳酸鈣的緩沖作用有利于降低固化穩(wěn)定化對(duì)土壤pH 的擾動(dòng)。

        3 結(jié)論

        3.1 三氯化鐵(FeCl3)、碳酸鈣粉(CaCO3),氧化鐵粉(Fe2O3)以及還原鐵粉(Fe)以質(zhì)量比4:6:5:4 混合而成的藥劑對(duì)土壤銻污染有著良好的效果,從經(jīng)濟(jì)的角度考慮,實(shí)驗(yàn)所用的土壤中最佳的藥劑添加量為土壤質(zhì)量1%-3%。

        3.2 減少?gòu)?qiáng)酸性或強(qiáng)堿性的固化穩(wěn)定化材料的添加量,同時(shí)以具有緩沖性能的材料代替強(qiáng)堿性固化材料,可以有效的降低固化穩(wěn)定化材料對(duì)土壤pH 的擾動(dòng)。

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