铁氧化物法和堆腐法对重金属混合污染土壤钝化效果的研究

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重金属污染土壤的修复是解决环境问题的严峻挑战之一,其在土壤中难以降解。很多研究者已经提出了很多钝化土壤中重金属的方法,钝化效率优良但治理过程复杂且成本昂贵。近年来,铁氧体在去除水中重金属中发展很快,堆肥化处理污泥和动物粪便中的重金属也颇有成效,事实上,它们在钝化重金属污染土壤方面也有深远的研究意义。本论文以模拟的铬,镉,镍和铅混合污染土壤为研究对象,探讨了铁氧化物法和堆腐法钝化修复重金属混合污染土壤的稳定化效率。具体的研究如下:(1)研究了铁氧化物加热法对重金属污染土壤中铬元素的钝化效率的影响。考察了Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)摩尔比,Fe/Cr摩尔比和pH对铬钝化效率的影响。结果表明,硫酸铁和硫酸亚铁混合液(0.35mmol硫酸铁和3.2mmol硫酸亚铁)的投加会在铬污染土壤中形成铁氧化物晶体钝化修复土壤中的铬;当n(Fe2+)/n(Fe3+)=5,n(Fe)/n(Cr)=40,pH=9.0时,稳定化效果最佳;经过铁氧化物法钝化修复的土壤,通过BCR连续提取发现松散结合的酸可提取态的铬由原来的78.83%降至0.36%,可还原态由原来的9.89%增至14.98%,可氧化态由9.33%增至17.88%,残渣态由1.95%增至66.78%,铬稳定性明显增强;通过硫酸硝酸法浸出实验,pH在3.2时,修复后铬浸出率由56.47%降至0.16%。(2)研究了常温铁氧化物法对重金属污染土壤中铬,镉,镍和铅钝化效率的影响。考察了Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)摩尔比,Fe/M摩尔比和pH对铬,镉,镍和铅钝化效率的影响。结果表明,当反应时间为10d,n(Fe2+)/n(Fe3+)=7,n(Fe)/n(M)=50,pH在9.0左右的条件下,钝化效果最好,此时残渣态Cr占比为63.23%,残渣态Cd占比为38.78%,残渣态Ni占比为52.24%,残渣态Pb占比为68.31%;通过BCR顺序提取实验发现,常温铁氧化物法钝化修复后,土壤中酸可提取态Cr所占比例减少了67.64%,残渣态Cr所占比例增加了63.24%;土壤中酸可提取态Cd所占比例减少了37.58%,残渣态Cd所占比例增加了41.24%;土壤中酸可提取态Ni所占比例减少了42.34%,残渣态Ni所占比例增加了48.44%;土壤中酸可提取态Pb所占比例减少了51.26%,残渣态Pb所占比例增加了59.98%;通过硫酸硝酸法浸出实验发现,修复后铬的浸出量由2695.00 mg/kg降至38.75mg/kg,镉的浸出量由82.3 mg/kg降至7.55 mg/kg,镍的浸出量由1617.00 mg/kg降至47.00 mg/kg,铅的浸出量由688.40 mg/kg降至7.6mg/kg。钝化效果明显,环境释放风险显著降低。(3)研究了堆腐法对重金属混合污染土壤中铬,镉,镍和铅钝化效果的研究。考察了不同物料配比(CK1,CK2,K3,K4,K5)对重金属污染土壤的钝化效果,其中CK1的物料配比是土壤:树叶:污泥=4:0:1(厌氧),CK2是土壤:树叶:污泥=4:2:0(厌氧),K3是土壤:树叶:污泥=4:2:1(厌氧),K4是土壤:树叶:污泥=4:2:1(好氧),K5是土壤:树叶:污泥=4:2:1(厌氧+好氧)。结果表明,不同处理下堆体的pH的变化范围均在5.56-7.19之间;不同堆腐化处理后,由于“相对浓缩效应”,堆体中的重金属Cr,Cd,Ni,Pb总量均有所增加,但不同处理之间因为重金属种类的不同而增量不同,Cr含量增幅:K5>CK2>K4>K3>CK1;Cd含量增幅:CK1>K5>CK2>K3>K4;Ni含量增幅:CK2>K5>K3>K4>CK1;Pb含量增幅:K5>CK1>K4>K3>CK2;重金属种类不同,堆腐化的钝化效果不同,对Cr的钝化效果最好,Ni,Pb次之,Cd钝化效果最弱。不同堆腐原料和条件对重金属的钝化效果也不同,综合堆腐原料和供氧条件来看,CK2处理对Cr的钝化效果最好,可氧化态和残渣态Cr所占比最高为79.25%,其次是K5处理,不同处理对Cd的钝化效果均一般,可氧化态和残渣态Cd含量占比最高为32.69%,K5处理对Ni的钝化效果最好,可氧化态和残渣态Ni含量为54.64%,其次是K4处理;K4处理对Pb的钝化效果最好,可氧化态和残渣态占比为60.13%其次是K5处理。图36表16参95
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