多硫化钙对铬污染土壤处理效果的长期稳定性研究

稳定化修复技术逐渐成为我国现阶段重金属污染土壤修复的主要技术,其修复后验收主要通过分析土壤重金属的浸出浓度来评价修复效果,然而该验收指标未反映土壤重金属在不同情景下的长期稳定性.本研究以经稳定化药剂多硫化钙(CPS)处理前后的某电镀厂铬(Cr)污染土壤为对象,开展多pH浸出、模拟酸雨淋溶、冻融循环和干湿交替作用下土壤重金属Cr的长期稳定性研究.结果表明:在多pH浸出实验中,稳定化处理后达标土壤(CPS-D-3)在pH大于6.92时,Cr(Ⅵ)浸出浓度大于0.05 mg·L~(-1).在整个试验模拟酸雨淋溶作用的过程中(30年),稳定化处理可以有效抑制Cr向环境中释放,CPS-D-3中的总Cr和Cr(Ⅵ)的累积释放量比未经稳定化处理的Cr污染土壤(CPS-D-1)分别显著减少了91.86%和99.61%.在冻融循环的过程中,稳定化处理可有效降低土壤中浸出总Cr的含量.经过15次干湿交替后CPS-D-1和CPS-D-3分别比未经过干湿交替作用时浸出总Cr浓度减少了99.96%和96.88%.多pH浸出试验可以作为检验土壤安全的较为敏感的指标,冻融循环、模拟酸雨淋溶和干湿交替评估方法可协助评价重金属的长期稳定性.     

甘肃白银东大沟铅锌镉复合污染场地水泥固化稳定化原位修复

以甘肃白银东大沟Pb、Zn、Cd复合污染土壤为研究对象,通过毒性浸出、形态提取、微观分析等手段,研究了水泥对重金属污染场地的固化稳定化效果及适用性.毒性浸出结果表明,水泥对污染土壤中Cd、Zn能够起到较好的固化稳定化作用,在5%的添加量下,水泥对Cd、Zn的修复效率分别达到99.5%~100%、96.6%~98.8%,而Pb的浸出浓度提高了2.6~5.8倍;在8%的添加量下,水泥对Cd、Zn的修复效率分别达到99.6%~100%,94.4%~97.9%,而Pb的浸出浓度提高了1.9~12.5倍.形态分析结果表明,水泥能够使土壤中的酸可提取态Cd、Zn向残渣态转化,可还原态Pb向可氧化态、残渣态转化,稳定性增强.微观特征分析结果表明,Pb~(2+)、Zn2+、Cd2+这3种离子可以参与水泥的水化反应,生成相应的硅酸盐矿物和氢氧化物,进而对其起到固化稳定化作用.综上,水泥在重金属污染场地修复工程中具有良好的优势,但在具体应用过程中需注意场地及环境条件的特殊性.     

污染场地固化/稳定化修复的评价方法与标准

固化/稳定化技术是一项在欧美等国家的污染场地修复中广泛应用的技术.在分析固化/稳定化修复效果常用的浸出试验方法和物理评价方法以及相对应的评价标准的基础上,发现我国固化/稳定化修复效果的评价方法仅有少量振荡浸出试验的方法,还缺少动态浸出试验的评价方法;浸出毒性测试普遍采用硫酸硝酸法浸出评估,忽略了As、Cr(Ⅵ)等含氧阴离子在中性至弱碱性pH下溶解度达到最大的情况;固化/稳定化修复效果的评价标准则主要借鉴固废毒性鉴别与管理方法,但该方法未规定污染土壤资源化再利用时的评价依据;另外,污染土壤和固体废物的自身特性也有一定的差异.提出了基于我国国情的污染土壤固化/稳定化浸出测试和评价标准体系:当污染土壤固化/稳定化后采用卫生填埋或一般工业固体废物贮存、处置场处置时,可参考固体废物填埋处置时的评价方法与标准;当污染土壤固化/稳定化后原址填埋时,则应增加绕流浸出方法或穿透浸出试验方法,其评价标准可参考GB/T 14848—1993《地下水质量标准》或根据关注点浓度的要求进行风险评估推算确定;当污染土壤固化/稳定化后再利用时,需根据再利用的具体情景选择相应的评价方法与标准.      

固化/稳定化修复后场地中铬的环境行为和归趋:以我国中部某修复后场地为例

为了探讨铬(Cr)在固化/稳定化修复后场地中的环境行为与归趋,通过浸出环境评价框架(LEAF)浸出评价、形态分级以及微观表征,对我国中部某修复后场地土壤中Cr的含量及形态进行3轮次跟踪监测. 结果表明:①跟踪监测试验发现,该修复后场地土壤中总Cr含量下降了18.92%. 在芥菜植株中Cr分布存在差异,其中,芥菜叶中Cr含量高达1.62 mg/kg (以干质量计),芥菜茎中Cr含量为0.69~0.77 mg/kg (以干质量计). 芥菜植株吸收Cr的能力为0.44~3.10 mg/m2,对土壤中总Cr减量化的贡献率最高仅为0.05%;另外,新鲜芥菜植株中Cr含量为0.12~0.69 mg/kg,超过GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中规定限值(0.5 mg/kg),一旦食用该场地中的芥菜会对人体健康产生影响,增加了Cr在修复后场地中风险暴露的途径. ②土壤微观表征试验表明,修复后场地土壤中Cr主要以Cr₂O₃形式存在,土壤中的Mn_xO_y能起到氧化Cr的作用. 在LEAF试验中,固化/稳定化的Cr被活化溶出;而BCR分析发现,Cr的可还原态占比随修复后时间的延长逐渐增加,由1.13%增至4.02%. ③土壤中Mn、Fe及植物等环境因子均会参与Cr的氧化还原、沉淀与溶解,以及植物吸收与富集等环境行为,并导致已被固化/稳定化的Cr溶解或再氧化成Cr(Ⅵ)而溶出,从而增加Cr的迁移性和毒性,造成环境风险,其中Mn(Ⅳ)是Cr活化的关键因子. 研究显示,修复后场地中Cr的环境行为会受到多种环境因素共同影响,尤其是在Mn含量较高的区域更易形成氧化氛围导致Cr的重新活化.      

张家口市某机械厂原址电镀污染场地土壤修复工程实践

机械厂电镀加工过程中产生的电镀废水,会造成土壤六价铬和氰化物污染。以长期利用电镀工艺的污染场地修复项目为依托,通过前期场地环境调查和风险评估结果,分析场地土壤污染程度和污染范围,确定修复目标和工程量;综合场地特性和污染特征,进行修复技术筛选,确定以"化学氧化+化学还原-固化/稳定化"为核心的污染土壤修复技术工艺;通过小试和中试,获得最佳修复药剂组成和添加比例,并进行工程实施。结果表明:Cr(Ⅵ)和氰化物复合污染土壤经化学氧化+化学还原-固化/稳定化工艺处理后,最大超标浓度由原来的37.3,186.0 mg/kg,分别降低至对应的标准限值3.0,22 mg/kg以下,Cr(Ⅵ)浸出浓度<0.5 mg/L,满足修复要求。该修复工程的成功实践,可以为其他复合污染场地修复工程的设计与实施提供参考。     

自制硫系稳定剂对重金属六价铬污染土壤的稳定化效果及长期稳定性研究

为验证自制硫系稳定剂(KTWDJ-1)修复Cr~(6+)污染土壤的可应用性,以某铬盐厂污染场地为依托进行了稳定化试验,同时与多硫化钙(CPS)、硫化钠(Na_2S)进行对比。总结了硫系稳定剂对Cr~(6+)污染土壤的化学还原稳定化修复效果。结果表明:KTWDJ-1对Cr~(6+)还原效果最佳,当KTWDJ-1的投加比例为3%时,Cr~(6+)浸出浓度从128.5mg/L减少至0.05mg/L,还原效率高达99.96%,然而相同条件下,CPS和Na_2S对Cr~(6+)的还原效率分别为99.04%和85.52%。随着硫化物添加比例的增加,浸出Cr~(6+)浓度持续下降。硫化物稳定化后的土壤中Cr的铁锰氧化态显著增加,可交换态含量的变化是Cr浸出浓度变化的主要原因。此外,三种硫系稳定剂,KTWDJ-1显示了相对较好的长期稳定性,经过酸性水反复沥滤状态下仍能保持稳定的浸出浓度。最后,探究KTWDJ-1的工程最优参数,稳定化过程中,土壤含水率需控制在30%左右,土壤pH调节至9左右,养护时间保证5d以上,污染土壤Cr~(6+)的稳定化效果能达到最佳。     

碱矿渣胶凝材料固化/稳定化铬污染土壤

使用碱激发矿渣胶凝材料固化/稳定化铬污染土壤。通过改变磨细矿渣掺量、碱激活剂的种类以及液固比,处理得到不同的土壤固化体,测定相应的无侧限抗压强度、Cr(Ⅵ)和总Cr的浸出浓度,以研究碱矿渣胶凝材料的固化/稳定化效果及其影响因素。结果表明:随着磨细矿渣掺量增加,土壤固化体强度增加,Cr(Ⅵ)和总Cr的浸出浓度下降。KOH与固体钠水玻璃组合作为碱激发剂时土壤固化体强度较高,浸出浓度较低。土壤液固比过低对降低浸出浓度不利,而过高则降低固化体强度。在碱的激发作用下,当矿渣掺量30%,液固比0.22时,处理后土壤固化体强度高达10MPa,Cr(Ⅵ)和总铬浸出浓度分别从57mg/L和65mg/L降至0.05mg/L和0.2mg/L以下。     

水分条件对生物炭钝化水稻土铅镉复合污染的影响

采用培养试验,探究30% WHC、淹水和干湿交替等3种水分条件下,向Pb和Cd污染水稻土以1%添加量施入水稻秸秆生物炭后重金属的形态变化,为生物炭修复重金属复合污染稻田的水分管理提供科学依据.结果表明,添加生物炭后,淹水和干湿交替可显著提高土壤pH值、可溶性有机碳（DOC）和无定形氧化铁含量（Fe_o）.培养结束后,在添加生物炭的处理中,相较于30% WHC,淹水和干湿交替条件下TCLP提取态Pb含量分别下降31.87%和20.33%,TCLP提取态Cd含量分别下降25.29%和16.07%.淹水条件下弱酸提取态Pb和Cd下降幅度分别为24.78%和20.14%,且弱酸提取态Cd含量随时间逐渐降低.在3种水分条件下,Pb和Cd有效性降低顺序为：淹水 > 干湿交替 > 30% WHC.相关分析结果显示,土壤pH和无定形氧化铁含量均与有效态Pb和Cd呈显著负相关,表明淹水条件下添加生物炭可通过提高土壤pH和无定型氧化铁含量来有效钝化Pb和Cd,具有促进复合重金属污染酸性水稻土中重金属向稳定态转化的协同机制.     

吸附材料对钒矿污染土壤重金属的稳定化效果

选用壳聚糖和活性炭两种吸附材料,分别以不同的质量比添加到供试土壤中,固化后进行毒性浸出实验,研究吸附材料对土壤中钒(V)、铬(Cr)的稳定化效果,并通过表征吸附材料的红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)探究吸附材料对V、Cr的稳定化机理.结果表明,壳聚糖对V、Cr均有较好的稳定化效果,活性炭对V的稳定化效果不稳定,对Cr的稳定化效果很好.吸附材料添加量的改变对稳定化效果影响不大.稳定化30d时,0.5%壳聚糖对V、Cr的稳定化率分别为74.04%、46.77%;0.5%活性炭对V、Cr的稳定化率分别为1.86%、87.75%.FTIR和XPS表征结果表明,壳聚糖中含活性强的氨基和羟基较多,活性炭中含氨基、羟基较少.因此壳聚糖和活性炭可作为土壤重金属的稳定剂,使钒矿污染土壤得到修复.     

纳米TiO2对土壤重金属释放及形态变化的影响

通过室外模拟淹水实验研究纳米Ti O_2对土壤重金属迁移转化的影响,分析了两种纳米Ti O_2对三峡水库典型消落区土壤中Cr、Zn、Pb、Cu和Cd释放和形态变化的影响.结果表明,淹水两个月后,添加4 g·kg~(-1)金红石和锐钛矿颗粒处理均导致约30%的Cr释放到水中,主要促进可氧化态和残渣态Cr的溶出,从而促进土壤Cr的活化,大大提高其生态风险;另外,添加4 g·kg~(-1)金红石颗粒处理导致酸可交换态和可氧化态Pb含量分别下降25.92%和33.09%,增强其迁移性;但添加锐钛矿颗粒处理促进土壤中可氧化态Zn的生成,含量提高约30%,有利于Zn的固定;此外,两种纳米Ti O_2颗粒对Cu和Cd的形态均没有明显的影响.因此,纳米Ti O_2对土壤中Cr释放和形态变化影响最大,其次是Pb和Zn,在进行重金属污染土壤的修复及其风险评估时需要特别注意.     

杭州市城郊土壤重金属含量和形态的研究

研究了杭州市城郊文教居民区、风景旅游区、市郊农业区、市内商业区和市郊工业区等5种土地利用背景下的32个土样中8个重金属元素（Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn）的含量和形态。结果表明，杭州市城郊土壤已受重金属的明显污染，其中以Pb的污染最为严重。污染程度为：市郊工业区＞市内商业区＞风景旅游区＞文教居民区＞市郊农业区。用连续提取方法对重金属分级表明，Cd、Co、Cr和Ni主要以残余态为主，平均占总量的60％以上，而Cu、Pb、Zn和Mn主要以酸可提取态、氧化物结合态和有机结合态存在，有较大的释放潜力和生物有效性。     

淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放及环境风险

淋洗修复后残留土壤中的重金属会因外界环境的改变可能会发生再释放过程而使环境风险增加,淹水是农田土壤常见的管理模式之一,然而淹水介导的土壤环境条件的改变对淋洗修复后残留农田土壤中重金属的再释放和环境风险的变化影响尚不清楚.因此,本研究开展了持续淹水培养（180 d）对经柠檬酸（CA）、EDTA、FeCl₃和HCl淋洗修复后残留土壤中Cd、Pb和Zn的有效性、形态分配和环境风险的影响研究.结果表明随着培养时间的延长,经CA、EDTA和HCl淋洗后土壤中有效态Cd含量呈先增加后减少的趋势,有效态Pb含量增加,有效态Zn含量减少.经FeCl₃淋洗后土壤中有效态Cd、Pb和Zn含量随培养时间延长而增加.形态分析结果表明,淹水会使土壤E_h降低而致使铁锰氧化物的溶解,因此导致可还原态Pb含量向弱酸提取态Pb转移是有效态Pb含量增加的原因;土壤弱酸提取态Cd含量变化与土壤有效态Cd含量变化基本一致;淹水对淋洗修复后Zn形态的影响较小.基于改进的潜在生态风险指数法评价结果表明淹水使CA、EDTA和HCl淋洗后土壤Cd、Zn环境风险和重金属环境总风险减少,使Pb的环境风险增加.淹水后FeCl₃淋洗后土壤Cd、Pb和Zn环境风险及重金属环境总风险增加.由于FeCl₃淋洗后的土壤重金属污染状况较低且环境总风险（低风险）明显小于其它3种淋洗剂淋洗的土壤,因此,FeCl₃可成为Cd-Pb-Zn复合污染土壤的淋洗剂选择,但是需关注其淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放并采取调控措施.本研究结果可为农田重金属污染土壤合适淋洗剂的选择和淋洗法修复重金属污染农田土壤的效果评估提供更为合理的指导思路.     

固化飞灰形状及填埋方式对重金属浸出的影响

为探究成型形状和填埋方式对生活垃圾焚烧飞灰固化体中重金属浸出的影响，设置固化体尺寸分别为10×10×10cm、10×10×2.5cm、DN=3cm（球），同时设置码放、散乱堆放2种填埋方式进行动态浸出试验.结果表明，在固化体开裂前，球状与长方体、整齐码放与散乱堆放的浸出液pH值存在显著差异；单位质量固化体重金属Pb、Zn、Cr累积浸出量随固液接触面积、堆填散乱度、液固比的增大而增加，固化稳定化飞灰中重金属的浸出符合缩芯模型且主要由扩散过程控制，试验前段Pb、Zn、Cr的2种速率常数与固化体成型比表面积、堆填散乱度、液固比正相关.因此，要减少生活垃圾焚烧厂原灰中重金属的浸出，提高生活垃圾填埋场共处置飞灰固化稳定化产物的安全性，固化体成型时应尽量缩小比表面积同时避免散乱填埋.     

负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究

为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.      

铬渣污染土壤清洗剂筛选研究

以3种不同质地的铬渣污染土壤(A土,B土和C土)为研究对象,探讨了4种清洗剂对污染土壤中Cr的清洗效果,并采用欧盟BCR三步顺序提取法,研究了不同清洗剂对土壤中各形态Cr的去除效果. 结果表明:同一污染土壤上4种清洗剂对总Cr的去除效果差别不大;低浓度清洗剂对Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的去除效果与去离子水相当;高浓度清洗剂效果优于低浓度清洗剂,且高浓度清洗剂洗出的总Cr主要以Cr(Ⅲ)为主. 同一清洗剂对3种污染土壤的清洗效果为C土>B土>A土. 去离子水主要去除酸可提取态Cr;EDTA-Na₂对酸可提取态和可还原态Cr去除效果较好;柠檬酸去除的是酸可提取态、可还原态和可氧化态Cr;而HCl对各形态Cr都有所去除. 因此,对于酸可提取态和可氧化态Cr含量较高的A土,柠檬酸是最佳清洗剂;而对于酸可提取态Cr占优势的B土和C土,去离子水是最佳清洗剂.      

赤泥-电石渣-磷石膏固化铜污染土性能

为了研究在浸泡条件下赤泥-电石渣-磷石膏3种固废物混合料对铜污染土的固化效果,本文对其混合料固化土的无侧限抗压强度、应力-应变、重金属形态、浸出毒性及微观结构进行了检测.结果表明,固化土强度随养护龄期的增加而增大,且掺加固废物对其强度有明显改善作用.混合料固化土中铜的存在形式以铁锰氧化态为主,其浸出毒性随龄期增加而降低,且其浓度值均低于水泥固化土.此外,混合料固化土中水化产物以水化硅酸钙/水化硅铝酸钙和钙矾石为代表.水化产物对固化土内部结构起填充作用,可改善固化土强度.同时,水化硅酸钙/水化硅铝酸钙对铜离子有吸附作用,钙矾石可与铜离子发生阳离子置换作用.因此,固废物的添加可对铜离子产生固化作用.     

基于固化法共处置飞灰和浓缩液浸出特性研究

在水泥固化时将生活垃圾焚烧飞灰（简称飞灰）以不同的比例代替复合硅酸盐水泥并且用垃圾渗滤液浓缩液代替水进行固化实验,研究了飞灰掺量（40%、50%、60%）、浓缩液替代水对水泥固化法固化效果及重金属（Zn、Pb、Cd、Cr、As、Ba）浸出的影响.结果表明：飞灰掺入量的增加会降低固化体的抗压强度,但浓缩液替代水对固化体的抗压强度没有显著影响.不同重金属的浸出行为受掺灰率的影响不同,掺灰率的增加会减少固化体中Zn的浸出,增加Pb和Cd的浸出,Zn、Pb、Cr、As在第36d可达到稳定浸出量不再增加,Ba的累积浸出量持续增加,加入浓缩液后固化体中Pb、Zn、Cd、Cr、As等重金属的浸出量未超过标准限值,可以满足固化处理对浸出毒性的要求.     

土壤Mehlich-3可浸提态镍对大麦根伸长的毒性

本研究选择我国具有代表性的11种外源添加镍（水溶性镍盐）污染土壤样品,在模拟田间人工降水（淋洗和非淋洗）处理后,研究了Mehlich-3单次或连续3次浸提态镍对大麦根伸长的毒性.结果发现：结合重要影响因素土壤pH值,Mehlich-3可浸提态镍和外源添加镍具有显著相关关系;基于Mehlich-3可浸提态镍的植物毒性阈值也显著受土壤性质影响（半抑制浓度可相差38倍以上）.通过回归分析发现土壤性质对Mehlich-3浸提镍的生物毒性的影响与Mehlich-3浸提次数有关,主要影响因子分别是铁铝锰氧化物和粘粒含量（单次浸提）或土壤pH值和有机质（3次浸提）.研究建立了基于可浸提态镍对大麦根伸长的毒性阈值预测模型.研究结果证明了重金属的化学浸提态代替全量作为风险评价标准的可行性,为提高土壤中镍的生态风险评估的准确性和科学性提供支撑.