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        重金屬復(fù)合污染土壤的淋洗修復(fù)試驗研究

        2023-02-21 05:47:48
        中國資源綜合利用 2023年1期
        關(guān)鍵詞:土水檸檬酸去除率

        陳 晨

        (上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司,上海 200092)

        重金屬污染是我國主要的土壤環(huán)境污染問題,根據(jù)《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》,污染類型以無機型為主,無機污染物超標(biāo)點位數(shù)占全部超標(biāo)點位的82.8%。重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)主要包括工程措施(客土、換土等)、物理化學(xué)修復(fù)(土壤淋洗、電動修復(fù)等)、化學(xué)修復(fù)(固化、穩(wěn)定化等)、生物修復(fù)(植物修復(fù)、微生物修復(fù)等)。土壤淋洗技術(shù)可快速將污染物從土壤中移除,短時間內(nèi)完成高濃度污染土壤的治理,且治理費用相對較低[1]。土壤淋洗技術(shù)的修復(fù)效果受土壤質(zhì)地特征、污染物類型、污染程度、淋洗劑種類與濃度、淋洗時間等因素的影響。孫濤等[2]總結(jié)了不同淋洗劑對重金屬去除效果的影響,并綜述了最優(yōu)淋洗條件的研究。陳欣園等[3]研究了不同淋洗劑對銅、鎘、鉛、鋅等重金屬的去除效果、形態(tài)分布和土壤理化性質(zhì)的影響。吳烈善等[4]研究了三種環(huán)境友好型淋洗劑對銅、鉛、鋅等重金屬的淋洗效果,并研究了淋洗劑最佳配比、淋洗劑添加方式和淋洗時間。李玉雙等[5]研究了檸檬酸對鎘、銅、鉛等重金屬復(fù)合污染土壤的淋洗效果。

        隨著可持續(xù)發(fā)展要求的逐步提高,土壤淋洗劑逐漸向具有良好生物降解性和生物適應(yīng)性的類型發(fā)展,如天然有機酸、生物表面活性劑等[1]。本文使用一種天然有機酸——檸檬酸對砷、鎳、鈷、銅等重金屬復(fù)合污染土壤進行淋洗試驗,研究淋洗劑濃度、淋洗土水比、淋洗時間等因素對修復(fù)效果的影響,分析淋洗廢水的處理方法,以確定淋洗工藝最優(yōu)參數(shù),為后續(xù)修復(fù)工程提供理論依據(jù)。

        1 試驗方法

        1.1 試驗材料

        試驗土壤取自某污染地塊,采樣深度為0.3~1.0 m,根據(jù)前期調(diào)查確定超標(biāo)重金屬為砷、鎳、鈷和銅。淋洗劑為檸檬酸,純度為分析純。試驗用水為去離子水。

        根據(jù)土工試驗報告的粒徑分布結(jié)果,該地塊0.3~1.0 m處的土壤中,細砂粒和粉粒的總量占比接近70%,各粒徑土粒組成如表1所示。因此,本研究重點關(guān)注該部分細顆粒土壤的淋洗效果。試驗土壤處理方法為:將土壤樣品風(fēng)干后,過60目篩(粒徑小于0.25 mm),然后稱重備用。

        表1 試驗土壤樣品土粒組成

        1.2 試驗設(shè)計

        取若干反應(yīng)瓶,每個反應(yīng)瓶中放置50 g處理后的土壤,然后加入淋洗劑,使用翻轉(zhuǎn)振蕩器以180 r/min的轉(zhuǎn)速進行淋洗;振蕩完成后,利用離心機以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min;將收集的離心液過孔徑0.45 μm的濾膜,泥水分離后分別檢測土壤和淋洗廢水的重金屬含量,并計算土壤中重金屬去除率。本研究針對淋洗劑濃度、淋洗土水比、淋洗時間等三項參數(shù)進行對比試驗。

        1.2.1 淋洗劑濃度

        利用檸檬酸和去離子水配制淋洗液,保持淋洗液總量不變,分別配制濃度0 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L、0.3 mol/L的150 mL淋洗液,淋洗時間為1 h。淋洗處理后,土壤樣品編號分別為S1、S2、S3。

        1.2.2 淋洗土水比

        以濃度0.3 mol/L的150 mL淋洗液為基礎(chǔ),保持淋洗藥劑量0.045 mol(檸檬酸)不變,調(diào)整淋洗液總量,分別配制150 mL、200 mL、250 mL的淋洗液,即土水比分別為1∶3、1∶4和1∶5,淋洗時間為1 h。淋洗處理后,土壤樣品編號分別為R1、R2、R3。

        1.2.3 淋洗時間

        根據(jù)淋洗劑濃度和淋洗土水比兩項條件試驗確定的最優(yōu)淋洗條件(淋洗劑濃度為0.3 mol/L,淋洗土水比為1∶3),調(diào)整淋洗時間。淋洗時間分別為0.5 h、1 h、2 h。淋洗處理后,土壤樣品編號分別為T1、T2、T3。

        1.2.4 淋洗廢水處置

        根據(jù)淋洗劑濃度、淋洗土水比、淋洗時間等條件試驗確定的最優(yōu)淋洗條件,取100 g污染土壤進行淋洗反應(yīng),經(jīng)泥水分離后得到淋洗廢水樣品。取150 mL淋洗廢水進行試驗,投加生石灰和聚丙烯酰胺進行絮凝沉淀,投加量分別為1 g/L和0.1 g/L,經(jīng)絮凝沉淀靜置后,檢測上清液中重金屬的濃度。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 淋洗劑濃度

        不同淋洗劑濃度條件下,試驗土壤中砷、鎳、鈷、銅的去除率如圖1所示。

        圖1 不同淋洗劑濃度對土壤重金屬洗脫效果的影響

        隨著檸檬酸濃度的增加,各重金屬的去除率逐漸升高。檸檬酸濃度為0.3 mol/L時,砷、鎳、鈷、銅的去除率分別可達43.33%、73.81%、55.13%、47.09%。由此可見,檸檬酸對鎳的去除效果最好,對鈷的去除效果次之,對砷和銅的去除效果較差。采用濃度0.3 mol/L的檸檬酸淋洗后,各重金屬的檢測結(jié)果均低于本地塊修復(fù)目標(biāo)值。因此,本研究選擇0.3 mol/L作為最優(yōu)淋洗劑濃度。

        2.2 淋洗土水比

        不同淋洗土水比條件下,試驗土壤中砷、鎳、鈷、銅的去除率如圖2所示。隨著淋洗土水比的增加,鈷的去除率沒有明顯變化,其余三種重金屬的去除率略有降低。由此可見,淋洗劑投加量保持不變時,僅提高用水量來增加淋洗液總量不能提升淋洗效果。此外,用水量的增加將會提高后續(xù)脫水工序的負荷,增加脫水難度。因此,本研究選擇1∶3作為最優(yōu)淋洗土水比。

        圖2 不同淋洗土水比對土壤重金屬洗脫效果的影響

        2.3 淋洗時間

        不同淋洗時間條件下,試驗土壤中砷、鎳、鈷、銅的去除率如圖3所示。

        圖3 不同淋洗時間對土壤重金屬洗脫效果的影響

        隨著淋洗時間的增加,各重金屬的去除率略有升高。增加污染土壤與淋洗劑的接觸時間,有助于淋洗劑將更多的重金屬從土壤中洗脫出來。但增加淋洗時間會導(dǎo)致單位時間內(nèi)可處理的污染土壤方量降低,即整體修復(fù)效率降低。此外,根據(jù)試驗結(jié)果可知,經(jīng)0.5 h淋洗后土壤的重金屬濃度已低于修復(fù)目標(biāo)值。因此,綜合考慮節(jié)能環(huán)保和修復(fù)效率,本研究選擇0.5 h作為最優(yōu)淋洗時間。

        2.4 淋洗廢水處置

        淋洗廢水采用生石灰和聚丙烯酰胺處置后,各重金屬的濃度均低于《地下水質(zhì)量標(biāo)準》(GB/T 14848—2017)的Ⅳ類水標(biāo)準限值,如表2所示。

        表2 處理后淋洗廢水檢測結(jié)果

        3 結(jié)語

        本研究通過試驗,分析不同淋洗劑濃度、淋洗土水比、淋洗時間等因素對污染土壤中各重金屬淋洗效果的影響。在一定淋洗條件下,檸檬酸可用于處理砷、鎳、鈷、銅等重金屬污染的土壤。檸檬酸對鎳的去除效果最好,對鈷的去除效果次之,對砷和銅的去除效果較差。根據(jù)試驗結(jié)果,綜合考慮修復(fù)目標(biāo)值、修復(fù)效率、經(jīng)濟效益和節(jié)能環(huán)保等因素,本研究確定了最優(yōu)淋洗條件,即淋洗劑濃度為0.3 mol/L,淋洗土水比為1∶3,淋洗時間為0.5 h。在該條件下,淋洗后土壤樣品中各重金屬的濃度均低于修復(fù)目標(biāo)值。利用生石灰和聚丙烯酰胺處置淋洗廢水,處置后的廢水中各重金屬濃度均滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準》(GB/T 14848—2017)的Ⅳ類水標(biāo)準限值。

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