武蘭蘭,譚 爍，楊煜曦,翟德勤

(中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司，深圳國(guó)涚檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518100)

城市河道和湖泊由于長(zhǎng)期受到周邊工農(nóng)業(yè)廢水排放的影響，淤積嚴(yán)重，需定期進(jìn)行河湖污泥的疏浚清理。由于河湖底泥中含有大量的氮磷化合物、重金屬以及有機(jī)物等污染物，嚴(yán)重破壞了水體的生態(tài)環(huán)境，成為我國(guó)乃至全世界的重要環(huán)境問(wèn)題[1-2]。目前我國(guó)大部分地區(qū)將污泥脫水后填埋處理，這種方式對(duì)環(huán)境影響大、資源化利用程度低，而且受環(huán)境和土地條件限制。疏挖的底泥以黏土質(zhì)和細(xì)粉砂質(zhì)的顆粒物為主，其中污染物主要包括重金屬和難降解有機(jī)污染物，其中以重金屬對(duì)水體和生物的毒性最大[3,4]。為防止污泥固化填埋后對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，通常要對(duì)污泥中的重金屬進(jìn)行處理[5]。目前污泥中重金屬元素的處理方法有：電化學(xué)法[6,7]、微波法[8,9]、酸化法[10,11]、絡(luò)合劑處理法[12,13]、離子交換法[14,15]、吸附法[16,17]、氨浸法[18,19]以及固化/穩(wěn)定化法[20]。對(duì)于含重金屬污泥處理，固化/穩(wěn)定化技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)用而且經(jīng)濟(jì)有效的方法，在國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究實(shí)例中取得了成功[21,22]。

為驗(yàn)證污泥脫水固化后的效果，需要研究污泥中重金屬的釋放率。已有研究表明，重金屬極易受到如酸雨、填埋時(shí)間等改變其化學(xué)性質(zhì)的環(huán)境因素的影響，從污泥中釋放的機(jī)制主要為：溶解作用、離子交換作用和解吸作用[23]，若泥餅中重金屬等有害物質(zhì)從固化體中釋放到環(huán)境中，對(duì)環(huán)境生物及人體健康也會(huì)造成嚴(yán)重影響，會(huì)給環(huán)境安全帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)[24,25]。因此，需要開(kāi)展重金屬在環(huán)境條件下的重金屬毒性評(píng)價(jià)，確保污泥固化后填埋對(duì)環(huán)境和人體的安全性。

目前，我國(guó)尚沒(méi)有針對(duì)底泥固化后重金屬的穩(wěn)定性及毒性評(píng)估的系統(tǒng)性技術(shù)方法，尤其是實(shí)際環(huán)境條件下如酸雨、高溫、長(zhǎng)期填埋對(duì)底泥固化中重金屬的浸出穩(wěn)定性以及毒性試驗(yàn)方法，以及在實(shí)際環(huán)境條件下的室外柱浸出試驗(yàn)方法。本項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)清淤底泥固化后余土中重金屬的穩(wěn)定性評(píng)估需求，建立余土中重金屬毒性評(píng)價(jià)方法，為余土中重金屬的穩(wěn)定性評(píng)估提供支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)余土性質(zhì)分析

選擇固化/穩(wěn)定化處理后的含重金屬余土作為重金屬釋放動(dòng)力學(xué)研究對(duì)象，取具有代表性的底泥樣30m3，進(jìn)行自然晾曬處理，將晾曬后的底泥樣首先進(jìn)行碾壓破碎，然后篩分(過(guò)2mm篩孔的篩子)，篩上部分繼續(xù)碾壓后過(guò)篩，直至30m3余土樣全部過(guò)篩，將過(guò)篩后的余土樣混勻備用。對(duì)預(yù)處理后的余土進(jìn)行取樣分析，其中的重金屬含量，分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知試驗(yàn)余土中Cr、Pb的含量相對(duì)較高，故主要研究對(duì)象為試驗(yàn)余土中的Cr、Pb。

表1 試驗(yàn)余土重金屬含量分析結(jié)果 (mg/kg)

1.2 試驗(yàn)方法

將試驗(yàn)余土置于處理罐(H1.2m、Φ1m，上部設(shè)有溢流孔，底部設(shè)有滲濾孔，側(cè)壁設(shè)有取樣孔)中，在不同復(fù)合條件下進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)條件包括溫度為25、40℃，模擬降雨量為單點(diǎn)最大雨量，模擬降雨pH值為4、7，模擬光照強(qiáng)度為當(dāng)?shù)啬昶骄照諒?qiáng)度的1、3倍。選取不同的復(fù)合試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，每種復(fù)合條件試驗(yàn)進(jìn)行兩組試驗(yàn)(在兩個(gè)處理罐中同時(shí)進(jìn)行，如表2中“○○”所示)以便形成對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為110d，每隔10d進(jìn)行一次模擬降雨試驗(yàn)并進(jìn)行取樣，取樣為試驗(yàn)余土樣和滲濾液樣。對(duì)于溢流液和滲濾液都要進(jìn)行計(jì)量，每個(gè)樣都進(jìn)行化驗(yàn)分析其中重金屬的含量：土壤質(zhì)量鉛的測(cè)定采用GB/T17141-1997石墨爐原子吸收分光光度計(jì)法，鉻的測(cè)定采用HJ491-2009火焰原子吸收分光光度計(jì)法，用于研究余土的穩(wěn)定性。試驗(yàn)的溫度通過(guò)恒溫房來(lái)控制，模擬降雨量通過(guò)流量計(jì)控制，模擬降雨pH值通過(guò)酸堿試劑來(lái)調(diào)配，模擬光照強(qiáng)度通過(guò)UV燈光照來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

*注：○為實(shí)驗(yàn)裝置

2 結(jié)果與討論

試驗(yàn)裝置共計(jì)16個(gè)，編號(hào)為1#～16#。1#、2#為平行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：1倍平均日照強(qiáng)度，溫度=25℃，模擬降雨pH=4；3#、4#為平行試驗(yàn)，1倍平均日照強(qiáng)度，溫度=40℃，模擬降雨pH=4；5#、6#為平行試驗(yàn)，1倍平均日照強(qiáng)度，溫度=25℃，模擬降雨pH=7；7#、8#為平行試驗(yàn)，1倍平均日照強(qiáng)度，溫度=40℃，模擬降雨pH=7；9#、10#為平行試驗(yàn)，3倍平均日照強(qiáng)度，溫度=25℃，模擬降雨pH=4；11#、12#為平行試驗(yàn)，3倍平均日照強(qiáng)度，溫度=40℃，模擬降雨pH=4；13#、14#為平行試驗(yàn)，3倍平均日照強(qiáng)度，溫度=25℃，模擬降雨pH=7；15#、16#為平行試驗(yàn)，3倍平均日照強(qiáng)度，溫度=40℃，模擬降雨pH=7。

(1)不同試驗(yàn)條件對(duì)試驗(yàn)余土中Cr浸出規(guī)律的影響(模擬降雨試驗(yàn))

試驗(yàn)以每組平行試驗(yàn)為分析研究對(duì)象(每組平行試驗(yàn)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果)，研究在不同溫度、pH值以及光照強(qiáng)度條件下Cr的階段性浸出規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，①pH值對(duì)比試驗(yàn)(圖線1與3、圖線2與4、圖線5與7、圖線6與8)分別在不同溫度以及光照強(qiáng)度的條件下研究了pH對(duì)Cr浸出率的影響，結(jié)果表明pH值變化對(duì)試驗(yàn)底泥中Cr的浸出基本無(wú)影響。②光照強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)(圖線1與5、圖線2與6、圖線3與7、圖線4與8)分別在不同溫度以及pH的條件下研究了光照強(qiáng)度對(duì)Cr浸出率的影響，結(jié)果表明光照強(qiáng)度變化對(duì)試驗(yàn)底泥中Cr的浸出基本無(wú)影響。③溫度對(duì)比試驗(yàn)(圖線1與2、圖線5與6、圖線3與4、圖線7與8)分別在不同光照強(qiáng)度以及pH的條件下研究了溫度對(duì)Cr浸出率的影響，結(jié)果表明溫度變化對(duì)試驗(yàn)余土中Cr的浸出基本無(wú)影響。

(2)試驗(yàn)余土中Cr浸出總量分析(模擬降雨試驗(yàn))

試驗(yàn)以每組平行試驗(yàn)為分析研究對(duì)象，研究在不同溫度、pH值以及光照強(qiáng)度條件下Cr的累積浸出規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，1#～16#試驗(yàn)Cr的累積浸出率在試驗(yàn)30d后出現(xiàn)拐點(diǎn)，之后Cr的累積浸出率便不再增加且拐點(diǎn)處Cr的浸出率較低。由此可知，試驗(yàn)余土中98%以上的Cr處于平穩(wěn)狀態(tài)，無(wú)需繼續(xù)檢測(cè)觀察。

(3)不同試驗(yàn)條件對(duì)試驗(yàn)余土中Pb浸出規(guī)律的影響(模擬降雨試驗(yàn))

試驗(yàn)以每組平行試驗(yàn)為分析研究對(duì)象(化驗(yàn)結(jié)果取每組平行試驗(yàn)的平均值)，研究在不同溫度、pH值以及光照強(qiáng)度條件下Pb的階段性浸出規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，①pH值對(duì)比試驗(yàn)(圖線1與3、圖線2與4、圖線5與7、圖線6與8)分別在不同溫度以及光照強(qiáng)度的條件下研究了pH對(duì)Pb浸出率的影響，結(jié)果表明pH值變化對(duì)試驗(yàn)底泥中Pb的浸出基本無(wú)影響。②光照強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)(圖線1與5、圖線2與6、圖線3與7、圖線4與8)分別在不同溫度以及pH的條件下研究了光照強(qiáng)度對(duì)Pb浸出率的影響，結(jié)果表明光照強(qiáng)度變化對(duì)試驗(yàn)底泥中Pb的浸出基本無(wú)影響。③溫度對(duì)比試驗(yàn)(圖線1與2、圖線5與6、圖線3與4、圖線7與8)分別在不同光照強(qiáng)度以及pH的條件下研究了溫度對(duì)Pb浸出率的影響，結(jié)果表明溫度變化對(duì)試驗(yàn)余土中Pb的浸出基本無(wú)影響。

(4)試驗(yàn)余土中Pb浸出總量分析(模擬降雨試驗(yàn))

試驗(yàn)以每組平行試驗(yàn)為分析研究對(duì)象，研究在不同溫度、pH值以及光照強(qiáng)度條件下Pb的累積浸出規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，1#～16#試驗(yàn)Pb的累積浸出率在試驗(yàn)90d后出現(xiàn)拐點(diǎn)，之后Pb的累積浸出率便不再增加且拐點(diǎn)處Pb的浸出率較低。由此可知，試驗(yàn)余土中99%以上的Pb處于平穩(wěn)狀態(tài)，無(wú)需繼續(xù)檢測(cè)觀察。

3 結(jié)論

(1)Cr、Pb的階段性浸出規(guī)律分析

試驗(yàn)以每組平行試驗(yàn)為分析研究對(duì)象(化驗(yàn)結(jié)果取每組平行試驗(yàn)的平均值)，研究在不同溫度、pH值以及光照強(qiáng)度條件下Cr、Pb的階段性浸出規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明溫度、pH值以及光照強(qiáng)度的變化均對(duì)試驗(yàn)余土中Cr、Pb的浸出基本無(wú)影響。

(2)Cr、Pb的累積浸出規(guī)律分析

試驗(yàn)以每組平行試驗(yàn)為分析研究對(duì)象，研究在不同溫度、pH值以及光照強(qiáng)度條件下Cr、Pb的累積浸出規(guī)律，1#～16#試驗(yàn)Cr、Pb的累積浸出率分別在在試驗(yàn)30、90d后有拐點(diǎn)變化，累積浸出率便不再增加且拐點(diǎn)處Cr、Pb的浸出率較低。由此可知，試驗(yàn)余土中98%以上的Cr以及99%以上的Pb處于平穩(wěn)狀態(tài)，無(wú)需繼續(xù)檢測(cè)觀察。