几种含磷材料对紫色土铅稳定条件优化及磷淋失环境风险评价

以西南地区广泛分布的紫色土-灰棕紫泥为对象,探讨了磷酸二氢钾(MPP)、过磷酸钙(SSP)、钙镁磷肥(CMP)和磷矿粉(PR)4种含磷材料,在不同剂量下对不同程度Pb污染土壤的稳定化效果,并对其长期稳定性和P淋失的环境风险进行了研究。结果表明4种含磷材料对土壤Pb均具有显著稳定化效果。在P:Pb(摩尔比)为1时,稳定效率相对大小顺序:MPPSSPěCMPPR。当Pb污染浓度600 mg·kg~(-1)时,4种稳定剂均能实现土壤Pb的稳定化。当Pb浓度ě1 200 mg·kg~(-1)时,MPP依然保持高效的稳定化能力,但是PR对土壤稳定化不能满足浸出标准。固定Pb污染浓度为1 200 mg·kg~(-1),含磷材料稳定化Pb的效果受其剂量的影响。MPP在P:Pb为1时稳定化处理3 d即可达到浸出标准,SSP和CMP在P:Pb为1.5和2时稳定化处理30 d可达到浸出标准,PR在P:Pb为4时稳定化处理60 d基本达到浸出标准,增加稳定剂剂量能够显著提高对紫色土Pb的稳定速率。施用系列含磷材料稳定剂后,除SSP外均使土壤pH升高,且随着稳定时间的延长,土壤中可交换态(Exc-Pb)逐渐降低,残渣态(Res-Pb)所占比例逐渐升高。满足Pb浸出标准的处理在稳定化9个月内土壤中Pb浸出浓度始终维持在极低水平,并且土壤有效P也一直保持在土壤P淋失临界值以内,说明合理剂量和类型的含磷材料能满足持续稳定化和环境风险控制要求。     

几种硫化物对紫色土汞的稳定化效果及优化稳定条件

以西南地区广泛分布的紫色土-灰棕紫泥为对象,探讨了硫化物种类(S、Na_2S、FeS、Na_2S_2O_3和DTCR(二硫代氨基甲酸盐))、用量对不同水平汞污染土壤的稳定化效果。结果表明5种硫化物对土壤汞均具有显著的稳定化效果。固定S:Hg摩尔比为1:1条件下,在1.5～250 mg·kg~(-1)汞污染土壤中,几种硫化物稳定效率相对大小顺序:DTCRNa_2SNa_2S_2O_3SFeS。Na_2S和DTCR在高浓度汞污染土壤中均表现较高的稳定化效果,在不同汞污染浓度下均能在3d内使土壤浸出汞浓度满足美国固体废弃物毒性浸出程序(TCLP)浸出标准要求(0.2 mg·L~(-1)),Na_2S_2O_3稳定效果相对较差,对250 mg·kg~(-1)的汞污染土壤,稳定化处理时间需要15d才能达到浸出标准要求,当汞污染浓度≥150 mg·kg~(-1)时,S和FeS不能满足浸出标准要求。固定汞污染浓度为150 mg·kg~(-1)稳定化效果取决于硫化物的用量,其中,仍然以DTCR效果最好,S:Hg=1稳定化处理3 d时即可达汞浸出标准。Na_2S和Na_2S_2O_3则均需要在较高的浓度下才能实现汞的稳定化,但是过高的用量会导致土壤中HgS再次溶解,两者的最佳施用量为S:Hg=5。元素S和FeS则需要以S:Hg5稳定化处理7 d以上才能达到浸出标准要求。土壤中汞的浸出活性与其赋存形态有关,交换态(Exc-Hg)和碳酸盐结合态汞(Carb-Hg)与土壤浸出汞浓度呈显著正相关,高效稳定剂显著促进了汞向有机质结合态(OM-Hg)和残渣态(Res-Hg)转化。硫化物稳定化处理9个月内土壤中浸出汞浓度始终维持在极低水平,满足持续稳定化要求。     

基于硫酸亚铁的机械化学还原法处理六价铬污染土壤

通过机械化学还原法对六价铬污染土壤进行固化稳定化处理,采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)对处理效果进行评价,以及使用激光粒度仪、SEM和XPS对处理前后土壤样品的粒径、形貌以及铬的价态变化等性质进行表征。分析结果显示,机械化学还原法处理可以有效降低土壤中六价铬的浸出浓度。当未添加七水合硫酸亚铁时,土壤中六价铬的浸出浓度由115 mg·L~(-1)降低至2.0 mg·L~(-1);而添加七水合硫酸亚铁作为还原剂时,六价铬浸出浓度由115 mg·L~(-1)降至0.16 mg·L~(-1)。另外,经过机械化学还原处理后的土壤样品颗粒变细并形成致密的团聚体以及发生六价铬向三价铬的转化。     

有机改性蒙脱石负载巯基修复汞污染土壤

以蒙脱石作为原始材料,对其进行有机改性,将巯基基团负载在有机改性的蒙脱石上制备出重金属汞的稳定剂以稳定化修复汞污染土壤。考察稳定化时间、稳定剂添加量、浸出液pH及有机质含量对稳定化效果的影响,探究稳定化前后土壤汞形态变化。通过XRD、FTIR和SEM分析了蒙脱石、有机改性蒙脱石(Mont-OR)和负载巯基有机改性蒙脱石(Mont-OR-SH)的物理化学特征,通过原子吸收法测定汞浓度。稳定化修复结果表明,稳定化时间为30 d,稳定剂添加量为9%时,汞浸出浓度为0.066 mg·L~(-1),稳定率为98.3%,达到GB 5085.3-2007规定的汞限值0.10 mg·L~(-1)。添加不同质量的小麦秸秆作为有机质的来源,均对整个稳定化有促进作用,其中添加量为6%时,促进作用最明显,改变浸出液pH,在强酸性和强碱性条件下,利用此稳定剂对汞的稳定作用降低。TESSIER五步提取法结果表明,负载巯基的有机改性蒙脱石的添加导致可交换态汞、碳酸盐结合态汞、铁锰氧化物结合态汞含量下降,而有机结合态汞、残渣态汞含量增加。实验结果证明有机改性蒙脱石负载巯基能够有效地应用于汞污染土壤修复。     

次氯酸钙/氧化钙对高砷污泥的氧化稳定化处理

针对某硫酸厂废水处理后产生的高浓度含砷(As)污泥,开展氧化稳定化处理技术研究。以浸出毒性作为评价指标,探讨次氯酸钙和氧化钙联合使用对污泥中As的稳定化处理效果,结合XPS和XRD表征探讨了稳定化机制。结果表明:原始污泥中As主要以As(Ⅲ)形式存在,次氯酸钙能将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ);加入氧化钙能同时提高Ca/As摩尔比和pH,Ca与As(Ⅴ)结合形成稳定的砷酸钙盐。依次加入质量比为5%的次氯酸钙和10%的氧化钙,使Ca/As摩尔比达到2.4以上,As的稳定化率达到99%以上,浸出浓度从181 mg·L~(-1)降低至1.5 mg·L~(-1),且浸出液pH小于12,达到《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598-2001)要求。     

贝壳粉对污染土壤中Pb、Zn、Cd的稳定化作用

价廉易得且无二次污染的稳定剂开发是重金属污染土壤稳定化修复的关键。以铅蓄电池污染场地Pb污染土壤(CQ土壤样品)及铅锌冶炼厂周边Pb、Zn、Cd复合污染土壤(ZZ土壤样品)为研究对象,用贝壳粉进行稳定化研究,通过毒性特征浸出测试(TCLP)评价其稳定化效果。X射线衍射(XRD)和X射线荧光光谱(XRF)等分析结果表明,贝壳粉的主要成分为CaCO3。稳定化实验结果表明:贝壳粉在2%(质量分数,下同)~10%的添加量下,CQ土壤样品中Pb的浸出浓度降低22%~62%;ZZ土壤样品中Pb、Zn、Cd的浸出浓度分别降低11%~91%、26%~65%、18%~64%。贝壳粉添加后土壤pH升高可能会使重金属形成氢氧化物沉淀;部分重金属可能会通过离子交换作用形成碳酸盐沉淀。经贝壳粉稳定化后土壤中重金属浸出浓度降低,有效降低了重金属的迁移性,因此贝壳粉可作为稳定剂应用于重金属污染土壤的修复。     

磷酸盐稳定化处理铅污染土壤及铅的形态分析

以某铅酸蓄电池厂铅污染土壤为供试土壤,投加不同比例的磷酸二氢钾稳定化处理污染土壤,测定土壤中铅的浸出浓度,以考察磷酸二氢钾对土壤中铅的稳定化效果,并采用BCR(European Community Bureau of Reference)连续提取法进行形态分析,分析磷酸二氢钾对土壤中铅形态分布的影响。结果表明:随着磷酸二氢钾投加比的增加,各处理组铅的浸出液浓度呈下降趋势,投加比为6%时铅的浸出含量可满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》中0.25 mg·L~(-1)的浓度限值,达到了预期的稳定化效果。随处理时间延长,磷酸二氢钾对土壤中铅各形态分布变化规律如下:酸可提取态铅和可还原态铅含量呈下降的趋势,可氧化态和残渣态铅则呈增大的趋势。各形态铅含量在前10 min都快速变化,随后变化趋缓。经过磷酸二氢钾处理过的污染土与污染原土相比,酸可提取态和可还原态显著降低,可氧化态和残渣态显著提高。     

铬污染土壤的还原稳定化修复

以湖南某工业场地的铬污染土壤为修复对象,投加不同比例的Fe SO4·7H2O、Fe SO4·7H2O和Ca(OH)2混合物及Na HSO3,通过测定土壤及浸出液中六价铬、总铬以及铬的形态,比较3种稳定剂对该污染土壤的还原稳定化作用。结果表明,Fe SO4·7H2O和Na HSO3对铬污染土壤的还原稳定效果都较好,可以有效还原土壤中六价铬并能降低土壤中总铬的浸出浓度。当Fe SO4·7H2O投加量为2%时,土壤六价铬和总铬浸出浓度降幅分别达到99.0%和57.5%;当Na HSO3投加量为0.8%时,六价铬和总铬浸出浓度降幅分别达到97.7%和42.2%,与前二者相比,Fe SO4·7H2O和Ca(OH)2混合物还原稳定化效果较差。投加Fe SO4·7H2O能够将土壤中活性大的可交换态和碳酸盐态铬转化为稳定的有机态和残渣态铬;而Na HSO3主要将可交换态和碳酸盐态铬转化为相对稳定的铁锰氧化态铬,其稳定化效果要差于Fe SO4·7H2O。     

纳米铁原位注入技术对六价铬污染地下水的修复

纳米零价铁原位注入是六价铬污染地下水的有效修复技术之一。为验证其场地修复效果,在北京某电镀厂搬迁后的遗留六价铬污染场地,现场制备纳米铁并通过原位注入对场地内六价铬污染地下水进行原位修复现场中试研究。选取6 m×6 m实验场地,在地下水中六价铬污染浓度最高为2 mg·L~(-1)的中心点设置注射井并在四周设置4口监测井。实验结果表明,原位注入纳米铁药剂具有良好修复效果,修复后该实验场地范围内地下水中六价铬浓度均低于地下水质量Ⅳ类标准0.1 mg·L~(-1),注射井中六价铬还原率达到99%。通过对注射井及监测井地下水中pH、溶解氧、氧化还原电位等检测指标进行跟踪监测和相关性分析,发现氧化还原电位与污染物浓度变化相关性最强,可以作为污染物变化的表征因子。该中试研究结果对于六价铬污染地下水的原位修复具有重要的参考价值。     

矿区炼金废渣的固化/稳定化处理

通过对金矿矿区炼金废渣的酸中和能力、净产酸量及浸出毒性实验,测定了废渣的产酸潜力及重金属砷、镉、铅、锌的总量和它们的浸出量。为了合理处置矿区炼金废渣,并为矿区重金属污染土壤的修复提供技术支持,采用石灰、粉煤灰、堆肥化污泥作为添加剂对废渣进行固化/稳定化处理;通过浸出毒性实验对固化/稳定化处理效果进行综合分析,试图寻求一种最佳的稳定剂。结果表明,无论是单独添加石灰、粉煤灰或者堆肥化污泥还是两两组合混合添加,样品浸出液的pH都有升高,As、Cd的浸出浓度都有明显下降,而且两两组合添加比单独添加的固化/稳定化处理效果更好。在两两组合添加中,粉煤灰混合堆肥化污泥的处理效果最好,浸出液的pH值达到7.82,As、Cd的浸出率分别下降72.0%和72.2%。说明粉煤灰混合堆肥化污泥处理炼金废渣效果最佳,同时具有以废治污的资源化生态效能。     

化学淋洗与生物质炭稳定化联合修复镉污染土壤

为探讨土壤淋洗与生物质炭稳定化联合修复技术对镉(Cd)污染黄棕壤修复效果的影响,研究通过振荡淋洗实验、BCR连续化学提取法和CaCl_2一次提取法,筛选确定污染土壤的最佳淋洗方案,并比较了淋洗修复、淋洗+稳定化修复技术对污染土壤中Cd生物有效性的影响。结果表明:3种淋洗剂的淋洗效率强弱顺序为EDTA-2NaHCl柠檬酸,最佳淋洗条件为0.12 mol·L~(-1)EDTA-2Na在固-液比1:4条件下振荡淋洗3 h,Cd的洗脱率为81.3%;淋洗后土壤中Cd的有效态(F1+F2)百分比减少了51.0%,显著降低了污染土壤的重金属总量及其环境风险;相比于单一淋洗修复技术,EDTA-2Na在添加体积(V_(添加))为最佳淋洗体积(V_(最优))的80%时,淋洗后再加入3%玉米秸秆炭稳定化15 d的联合修复技术能够将土壤中有效态Cd含量(CaCl_2-Cd)从8.13 mg·kg~(-1)降低到0.42 mg·kg~(-1)。因此,淋洗修复后施加玉米秸秆炭的联合修复技术,能够有效降低重金属污染土壤的生态环境风险,提高土壤环境质量。     

新型复合药剂原位修复河道底泥污染

采用新型复合药剂开展河道底泥原位修复技术研究,通过考察河道水质改善效果、底泥中磷含量及形态的变化确定药剂的最佳投加量。结果表明,投加复合药剂对上覆水体中TN、NH+4-N和TP均有不同程度的净化效果,且净化效果随药剂量的增加而增强,最高去除率分别达到23.52%、21.79%和81.5%,上覆水体COD去除率随药剂投加量增多呈先升后降的趋势,最高(投加量为600 mg·L~(-1))达到57.6%。从底泥磷含量及形态变化来看,投加药剂增大了底泥TP含量并促进底泥不稳态磷向稳定态磷转化。因此,从经济成本和修复效果方面综合分析,以投加量为600 mg·L~(-1)对底泥污染原位修复较为合适。     

冻融循环对含铁材料稳定砷污染土壤的影响

为分析冻融循环对污染土壤砷(As)的稳定化性能的影响,投加4种含铁材料(Fe SO_4、Fe S、Fe_2(SO_4)_3和Fe~0)对土壤中的As进行稳定化处理,并通过实验室模拟冻融过程,研究4种含铁材料稳定化处理后土壤中无定形氧化铁含量、氧化铁活化度、p H和As的浸出毒性随冻融循环的变化。结果表明:4种含铁材料稳定化土壤无定形氧化铁含量与氧化铁活化度随冻融循环的变化趋势基本一致;冻融循环降低了无定形氧化铁的含量,促进了铁氧化物的结晶老化。与未冻融土壤相比,冻融循环增加了稳定化土壤As的浸出毒性,但在冻融后期,As浸出毒性的增加量呈降低的趋势。4种含铁材料稳定化土壤As的浸出毒性随冻融循环表现出不同的变化趋势。1%Fe~0稳定化土壤经过冻融循环As的稳定性最高,1%Fe SO_4和1%Fe_2(SO_4)_3稳定化土壤次之,而1%Fe S稳定化土壤最低。因此,冻融循环增加了稳定化土壤As再释放的环境风险,Fe~0用做冻融地区As污染土壤稳定化药剂较为合适。     

表面活性剂强化甲基营养型芽孢杆菌修复柴油污染土壤

使用吐温80(Tween80)、鼠里糖脂(RL)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二烷基苯硫酸钠(SDS)强化甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)修复柴油污染土壤,研究了表面活性剂对甲基营养型芽孢杆菌的影响。结果表明:甲基营养型芽孢杆菌可以较好地降解柴油,但由于土壤的吸附,土壤中柴油的修复效率较低,仅为22.68%;因此,需要使用表面活性剂进行强化。浓度为3 000 mg·L~(-1)的SDBS和SDS、2 000 mg·L~(-1)的Tween80、500 mg·L~(-1)的RL具有较好的洗脱效果。微生物毒性实验表明,Tween80和RL对甲基营养型芽孢杆菌具有促进作用,可以用于强化修复柴油污染土壤。2 000 mg·L~(-1)Tween80强化甲基营养型芽孢杆菌修复柴油土壤的修复效果(46.11%)优于500 mg·L~(-1)RL的修复效果(45.32%),同时具有较好的经济性,具有较好的应用前景。     

诱导结晶法同时去除铜、锌离子

考察投药量、水力负荷、停留时间等因素,对诱导结晶反应器去除Cu~(2+)、Zn~(2+)效果的影响,确定最佳运行参数为:水力负荷40 m~3·(m~2·h)~(-1),结晶药剂投药量2∶1,停留时间90 min。在最佳运行参数下,结晶反应器处理含铜20 mg·L~(-1),含锌10 mg·L~(-1)、pH为5.5~6.0的混合重金属废水。反应器连续运行40 d,出水中铜离子和锌离子平均浓度分别为1.31 mg·L~(-1)和4.57 mg·L~(-1),铜离子和锌离子平均去除率分别是93.4%和51.3%。诱晶载体粒径由0.568 mm长至0.617 mm,平均生长速度为0.001 23 mm·d-1。研究表明,该诱导结晶工艺可以用作同时去除废水中的Cu~(2+)、Zn2+。     

还原稳定剂配伍对铬污染土壤的稳定化效果

以某铬盐生产场地内的铬(Cr)污染土壤为研究对象,探讨了多硫化钙(CPS)、硫酸亚铁(FeSO_4)、零价铁粉(Fe~0)、葡萄糖和淀粉单用或复配对土壤中六价铬(Cr(Ⅵ))含量和浸出毒性的影响。结果表明:添加质量比3%的CPS和FeSO_4对土壤Cr(Ⅵ)的还原率分别为81.5%和46.4%,而Fe~0无显著还原作用,但FeSO_4和Fe~0对Cr(Ⅵ)的稳定效率分别为95.2%和90.9%,明显高于CPS(83.0%);养护5 d时,CPS+FeSO_4对土壤Cr(Ⅵ)的还原率和稳定效率分别为99.8%和97.0%,但养护30 d时,其还原率和稳定效率分别显著降低1.3和8.0个百分点;与CPS+FeSO_4类似,CPS+Fe~0对土壤Cr(Ⅵ)的还原率随养护时间增加而显著降低,但其稳定效率并未随养护时间增加而显著降低;此外,与CPS-6相比,Fe~0参与的复配处理对土壤总Cr和Cr(Ⅵ)的稳定效率显著增加,均达到99.8%以上,浸出浓度均小于0.05 mg·L~(-1);有机碳源参与的复配处理的还原率和稳定效率均随养护时间的增加而增加,其中CPS+Fe~0+葡萄糖处理养护30 d时土壤Cr(Ⅵ)为0.24 mg·kg~(-1),总Cr和Cr(Ⅵ)浸出浓度均小于0.05 mg·L-1,满足《重金属污染场地土壤修复标准》(DB 43 1165-2016-T)要求。同等药剂添加比例下,还原稳定剂复配可以取长补短,提高药剂对土壤Cr(Ⅵ)的还原率和稳定效率。     

淋洗-废水解毒工艺处理氰化物污染土壤

综合分析当前氰化物污染土壤处理方法的特点,提出异位筑堆淋洗-废水解毒工艺处理氰化物污染土壤的技术方法。采用装柱淋洗-废水解毒工艺对天津某氰化物污染土壤开展实验研究,结果表明:采用pH值10~11的石灰水,控制淋洗强度60 L·(m~2·h)~(-1),淋洗时间22 d时,土壤中总氰化物平均含量从47.91 mg·kg~(-1)降低至3.73 mg·kg~(-1),达到土壤污染风险筛选指导值中住宅类用地小于9.86 mg·kg~(-1)的要求;采用碱性氯氧化法对淋洗产生的废水进行了处理,在局部氧化阶段反应pH值12.5,漂白粉用量3.5 g·L~(-1),反应时间1.5 h;完全氧化阶段漂白粉用量4.5 g·L~(-1),反应pH值8.0,反应时间1.0 h的条件下,废水中总氰化物含量可由83.9 mg·L~(-1)降低至0.33 mg·L~(-1),达到GB 8978-1996中小于0.5 mg·L~(-1)要求。研究结果初步表明,采用异位筑堆淋洗-废水解毒工艺处理氰化物污染土壤具有实际应用可行性。     

芬顿试剂氧化-PAC吸附工艺处理电厂排污水

开发了芬顿试剂预氧化-粉末活性炭(PAC)吸附组合工艺处理电厂循环冷却排污水。首先分别研究了芬顿试剂氧化法和粉末活性炭吸附法对有机物的去除效果,发现2种工艺在最佳处理条件时仍存在处理效果较差、药剂费用高等问题。因此,开发了芬顿试剂预氧化-PAC吸附组合工艺,研究了该工艺的影响因素,并进行小试实验。结果表明,该组合工艺在不改变原水的初始pH、H_2O_2与Fe~(2+)的摩尔比为1以及H_2O_2的投加浓度为25 mg·L~(-1)时得到最佳的预处理条件。在最佳预氧化条件下投加0.15 g·L~(-1)的PAC进行了4级逆流吸附小试实验,结果表明:该工艺处理效果稳定、药剂费用低,出水满足排放要求。     

骨炭和硫化钠联用修复镉-锌污染土壤

以湖南东江湖矿渣堆场土壤为研究对象,利用骨炭-硫化钠组合制剂修复矿区镉锌污染土壤,目的是探讨组合制剂修复重金属镉-锌复合污染土壤效果。采用美国固体废弃物毒性浸出程序(TCLP)评价修复效果,并对最佳处理组采用改进的BCR形态分析法进行分析。结果表明,与对照相比,骨炭-硫化钠使土壤中TCLP浸提态Cd和Zn分别降低了15.88%~58.82%和7.91%~73.60%,同时土壤pH提高了0.26~3.00个单位,且当投加4%骨炭和2%硫化钠时对土壤中镉和锌稳定效果达最佳;最优处理组镉的酸可提取态下降了4.8%~11.5%,锌的酸可提取态下降了4.3%~12.7%。因此,骨炭-硫化钠组合制剂能有效修复镉锌复合污染土壤。     

不同还原药剂修复Cr(Ⅵ)污染土壤的稳定性评估

针对目前铬污染场地修复后的长期稳定性问题,选用轻、重污染土壤和表层渣土混合物为研究对象,在分析其理化特性的基础上,对经CaS_4、FeSO_4·7H_2O和葡萄糖还原后土壤的长期稳定性进行评估,通过设置干燥和淹水2个条件,探究了水分对Cr(Ⅵ)污染土壤长期稳定性的影响。结果表明:针对3种不同类型铬污染土壤,投加CaS_4对土壤中Cr(Ⅵ)的还原效果较FeSO_4·7H_2O和葡萄糖好;在360 d的采样周期内,干燥条件下的3种土壤经CaS_4处理后Cr(Ⅵ)浓度均保持稳定,经FeSO_4·7H_2O和葡萄糖药剂还原后,渣土混合物中Cr(Ⅵ)波动幅度较大,其余2种土壤呈稳定状态;淹水密闭条件下的3种土壤中Cr(Ⅵ)浓度均有下降趋势,特别是渣土混合物在投加FeSO_4·7H_2O和葡萄糖药剂处理后,下降趋势更为明显;在长期稳定性方面,在360 d的实验周期内,与淹水密闭条件相比,经还原修复后的Cr(Ⅵ)污染土壤在干燥条件下的稳定性更强;Cr(Ⅵ)污染土壤经还原后,有效的过量还原剂能在一定程度上抑制土壤中Cr(Ⅵ)浓度变化,且在淹水密闭条件下,土壤中Cr(Ⅵ)浓度呈下降趋势。