铁锰氧化物与膨润土对锑-砷复合污染土壤的稳定化研究

通过室内土培实验,以Fe-Mn氧化物和膨润土为稳定化材料,研究材料配比、使用量同时稳定As和Sb的效果;结合稳定时间和形态分析,探讨材料的长效稳定性及作用机制。结果表明,Fe-Mn氧化物∶膨润土=4∶1的处理具有很好的稳定As和Sb的效果;当使用量为3%时,Sb和As水浸出降低率为55%和97%;随着时间的延长,As的稳定化效果未出现明显变化,而Sb的稳定化效果有所降低。形态分析结果表明,3%使用量的Fe-Mn氧化物∶膨润土=4∶1的处理使土壤中As和Sb由可交换态向残渣态转变,稳定性增强;Fe-Mn氧化物微观结构特征表明,其具有的较大比表面积和较强的氧化还原能力对As、Sb的稳定起了重要作用。因此,Fe-Mn氧化物和膨润土的优化使用,能修复As、Sb复合污染土壤。     

改性纳米TiO2对砷污染土壤的稳定化试验

以黄壤、红壤、紫色土和黑土为供试土壤,研究改性纳米二氧化钛对土壤中砷的稳定化效果。采用溶胶-凝胶法制得活性炭负载纳米二氧化钛(ACT)和铁改性活性炭负载纳米二氧化钛(ACTI),并将粒径为100 nm的纳米二氧化钛(T-100)和活性炭(AC)作为对照材料。将改性纳米二氧化钛按照不同质量比添加到供试土壤中,稳定化14 d后,采用生物有效性简化提取法(simple bioavailability extraction test,SBET)研究改性纳米二氧化钛对不同类型土壤中砷的稳定化效果。结果表明:4种供试土壤的固砷能力顺序为红壤>黑土>黄壤>紫色土。ACTI和ACT在4种类型土壤中对砷的稳定效果均优于对照材料T-100和AC,在2%的添加量下,4种土壤对砷的稳定化率均高于60%。因此,ACTI和ACT可用作修复砷污染土壤的稳定剂。     

稳定化处理砷污染土壤对3种修复植物的生态效应

为探索某矿区高浓度砷污染土壤的污染控制与生态修复,以粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、硫酸亚铁（Fe₂SO₄）和磷酸二氢钾（KH₂PO₄）为稳定剂,采用其不同组合对矿区土壤进行稳定化处理,以蜈蚣草、香根草、苎麻为供试植物,研究稳定化处理对土壤中As的形态转化及其对修复植物的生态效应.结果表明,添加不同稳定剂组合处理后,土壤pH值、有机质、阳离子交换量显著增加,增幅分别为：24.4%~29.0%、23.3%~41.1%、17.8%~45.0%;10%粉煤灰、10%干化污泥和1% Fe₂SO₄组合处理对土壤中的As稳定化作用最佳,可交换态As和碳酸盐结合态As含量下降最显著,降幅分别为62.3%、55.3%;添加KH₂PO₄会活化土壤中As,10%粉煤灰、10%干化污泥和1% KH₂PO₄组合处理,土壤中可交换态As、碳酸盐结合态As含量显著增加,增幅分别为26.9%、101.9%.不同稳定剂的组合处理能不同程度的提高3种植物生物量、影响As在植物中的富集、增加植物对As的累积量.3种植物生物量的大小表现为苎麻 > 蜈蚣草 > 香根草.粉煤灰、干化污泥和粉碎花生壳组合处理使蜈蚣草和苎麻地上部分生物量干重增加最显著;粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、Fe₂SO₄和KH₂PO₄组合处理使香根草地上部分生物量干重增加最显著.10%粉煤灰、10%干化污泥和1% Fe₂SO₄组合处理使蜈蚣草、香根草和苎麻地上部分As含量下降最显著,降幅分别为45.5%、29.5%和53.9%;而10%粉煤灰、10%干化污泥和1% KH₂PO₄的组合处理使蜈蚣草、香根草和苎麻地上部分As含量显著增加,增幅分别为：12.8%、25.2%和62.7%.粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、Fe₂SO₄和KH₂PO₄组合处理使蜈蚣草、香根草和苎麻地上部分对As的累积量都达到最大值,与对照相比,分别增加了3.7倍,12.8倍和3.3倍.3种植物对As的富集能力和累积量表现为蜈蚣草 > 香根草 > 苎麻.     

沈阳某冶炼厂污染土壤中砷的稳定化研究

稳定化是一种相对经济有效的治理重金属污染土壤的方法。文章以沈阳某冶炼厂厂区旧址的重金属复合污染土壤为研究对象,通过向土壤中添加不同药剂,研究了不同碱性化学物质对土壤砷稳定化的效果。结果表明,碳酸钠和硫化钠的加入对土壤pH的贡献均较大,但使砷的浸出毒性增强,对土壤中砷的稳定起负作用;碳酸钙和多硫化钙对土壤中砷的稳定化效果也不明显;氧化钙的效果最好,使得该重污染土壤中砷的浸出毒性降低到危险废弃物毒性浸出标准(GB5085.3-1996)以内。     

砷污染场地土壤的稳定化技术工程应用研究

基于3种砷污染水平的场地土壤(WSL、WSX及FZ)进行稳定化小试试验,比较Fe^Ⅱ/Mg复配型(F2M)、Ca/Fe复配型(CF)及MetaPro^©-ani(As)系列修复材料(MPA)对土壤中砷污染的稳定化效果,进一步分析了修复材料用量对稳定化效果的影响,并选择稳定化效果较优的材料进行工程化施工验证(基于FZS土壤样品),WSL、WSX、FZ及FZS土壤样品的砷污染程度依次为FZ>FZS>WSX>WSL。结果表明:对于低/中浓度砷污染土壤样品WSL和WSX,F2M和CF复配型修复材料在较低投加比条件下可达到较好的稳定化效果;对于高浓度砷污染土壤样品FZ,MPA系列修复材料的稳定化效果明显优于前2种复配型修复材料;对于高浓度砷污染土壤实际施工样品FZS,MPA系列修复材料在开放性施工条件下,可达到较理想的稳定化效果,其中,以MPA-Ⅰ型材料修复效果最佳。     

反复冻融与高温老化对砷污染土壤固化稳定化效果的影响

通过无侧限抗压强度、渗透系数、浸出浓度以及形态分布测试,分别考察了不同条件下反复冻融和高温老化作用对砷污染土壤固化或稳定化效果的影响,同时利用扫描电镜分析了稳定化土壤的微观形貌变化.结果表明,反复冻融和高温老化处理均会不同程度地削弱固化土壤的抗压强度,并提高其渗透系数.两种处理会增加稳定化土壤中砷的不稳定形态,从而增大其浸出浓度,如反复冻融处理300次后,稳定化土壤中砷的不稳定形态增加了19.81%,浸出浓度由115.5μg·L~(-1)增加至151.5μg·L~(-1),80℃高温老化10 h后,砷的不稳定形态增加了25.1%,浸出浓度增加至164.5μg·L~(-1).反复冻融次数的增加、老化温度的升高以及老化时间的延长,均会分别增大对固化/稳定化效果的影响.稳定化土壤经反复冻融和高温老化处理后,会发生不同程度的碎裂,呈现结构松散状.     

复合材料对砷污染土壤稳定化处理及机理研究

通过投加FeS、电石渣、菌渣及其复配组合对砷污染土壤进行稳定化处理,根据稳定效率对稳定材料进行筛选,并分析处理前后土壤中砷的生物有效性、赋存形态及土壤物相成分,探索稳定机理.结果表明:单因素实验中,FeS对砷的稳定效率最高,当FeS投加量为n(Fe)/n(As)=20时,砷的稳定效率达84.69%;复配实验中,FeS投加量为n(Fe)/n(As)=15,电石渣投加量为0.5%(质量分数),菌渣投加量为6%(质量分数)时,砷的稳定效率高达90.53%.机理研究表明:稳定处理后,土壤中有效态砷和有机体内砷的可给量分别降低80.14%和92.86%;土壤中易溶态砷占总砷的比例降低了18.61%,铁型砷和钙型砷占总砷的比例分别提高了10.36%和5.81%,易溶态砷主要转化为铁型砷和钙型砷;稳定处理后土壤中矿物成分新增了Ca Al_2Si_2O_8·4H_2O(斜方钙沸石)、Ca_3Fe_4(AsO_4)_4(OH)_6·3H_2O(菱砷铁矿)、Fe_2(AsO_4)(SO_4)OH·5H_2O(砷铁矾矿)、(Al,Fe~(3+))_3AsO_4(OH)_6·5H_2O(砷铁铝矿)4种矿物,稳定处理使土壤中的砷生成了难溶性铁-砷、钙-砷矿物质.     

铁锰双金属材料对砷和重金属复合污染土壤的稳定化研究

由于矿产资源的共生、伴生现象及历史上采选冶技术的相对落后,我国矿区附近的重金属污染场地多存在复合污染的情况,而稳定化技术是解决该问题的有效措施.本文通过室内模拟培养实验和静态吸附试验,研究了人工合成的铁锰双金属材料(FMBO)对矿区复合污染土壤中As、Pb、Cd等重金属的稳定化作用和机制.毒性浸出实验结果表明,在3种不同的As和重金属复合污染土壤中,FMBO材料能够对As和Pb等重金属起到较好的稳定化作用,在5%的最大添加量下,FMBO对As、Pb的稳定化效率分别能够达到95.2%~100%和95.5%~97.5%,同时不会引起Cd、Zn和Cu等重金属的活化.由连续提取实验结果可知,FMBO能够使土壤中As和Pb由酸可提取态向可还原态转变,稳定性增强.微观特征分析结果表明,FMBO材料对As的稳定化主要通过表面羟基(—OH)基团的吸附作用,而对Pb、Cd等金属离子则通过吸附、沉淀等多种方式起作用.总体看来,FMBO材料适用于As、Pb等重金属复合污染土壤的治理.     

铁锰氧化物在不同水分条件下对土壤As的稳定化作用

本文以铁锰氧化物(Fe-Mn,FM)为研究对象,评估其在不同水分条件下对我国南方3种砷(As)污染土壤的稳定化修复效果.结果表明,添加一定比例(质量分数30%)水分对于抑制土壤As的毒性浸出具有积极作用,但水分过高(淹水条件)则会引发As的大量活化释放.淹水条件下,FM对As污染土壤具有明显的应用优势,能使韶关、河池和常德这3种土壤毒性浸出质量浓度均显著下降99. 00%以上,使其土壤有效态As含量分别显著降低55. 40%、40. 05%和16. 92%,并增加专性和非专性吸附态As向水合铁铝氧化物结合态的稳定化. FM能使韶关、河池和常德土壤有效态磷(P)含量分别降低0. 60%～6. 67%、15. 74%～50. 00%和32. 48%～40. 39%,这有可能会限制缺P区域农产品对酸性或中性土壤的P摄取. FM对3种供试土壤p H值影响的变化幅度仅为0. 04～0. 07,对土壤环境的影响非常小. FM在我国淹水As污染土壤稳定化修复领域具有较好的应用前景.     

ZVI/Air体系修复砷污染土壤的研究

采用ZVI/Air体系对模拟砷污染土壤与实际砷污染土壤进行修复。研究了ZVI投加量、Air曝气速率与pH对修复效果的影响,初步探讨了砷的稳定化机理,并应用于实际砷污染土壤的修复。研究结果表明,在20 g砷浓度为500 mg/kg的模拟污染土壤中加入0.3 g铁粉,固液比1∶20,曝气速度为0.02 m3/h,常温常压下反应50 min,模拟污染土与实际污染土中砷浸出液浓度均下降到5 mg/L以下,满足《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)的要求。     

河池市某砒霜厂污染土壤固化/稳定化修复工程实例

介绍了某砒霜厂场地重金属复合污染土壤固化/稳定化修复工程。通过场地调查与风险评估,确定了场地污染情况、修复目标值及修复工程量。通过技术比选,确定工程修复技术路线,场地内的危险废物清挖后委托某固废处置中心进行处置;场地内的第Ⅰ类一般工业固体废物清挖后直接送至填埋场进行填埋;场地内的第Ⅱ类一般工业固体废物进行固化/稳定化修复,达标后进入填埋场填埋。通过固化/稳定化小试,确定了石灰投加比及药剂投加比。将小试结果应用于修复工程实施,修复完成后,由第三方检测机构对渣/土进行检测、分析,最终确认修复后的渣/土达到Ⅰ类固废标准,可进入填埋场进行安全填埋。工程的成功实施为其他类似化工污染场地土壤修复项目提供了借鉴和参考。     

聚合氯化铝铁改性凹凸棒石对Cd污染土壤的钝化修复效应

土壤重金属Cd具有难降解、易迁移和累积性强等特点,会破坏土壤环境,威胁粮食安全。将聚合氯化铝铁负载到凹凸棒石上,制备5种聚合氯化铝铁改性凹凸棒石新型钝化材料,通过扫描电镜(SEM)表征实验、钝化实验和玉米盆栽实验评价聚合氯化铝铁改性凹凸棒石对土壤Cd的钝化效果和环境风险。结果表明:将聚合氯化铝铁改性凹凸棒石施用于土壤中,能显著降低污染土壤二乙烯三胺五乙酸(DTPA)提取态Cd和毒性特征浸出态(TCLP) Cd的浓度。其中,掺入聚合氯化铝铁比例(质量分数)为25%的改性凹凸棒石处理土壤中2种生物有效态Cd的含量降幅最大,分别为21.51%和22.19%。改性凹凸棒石的施用促进了玉米幼苗的生长,聚合氯化铝铁掺入比例为25%时钝化效果最佳,玉米幼苗茎长较对照组增加了52.2%,玉米幼苗茎、根鲜生物量较对照组分别增加了75.1%和64.5%,茎、根干生物量较对照组分别增加了80.5%和79.7%,玉米幼苗茎、根Cd的含量较对照组分别下降了43.4%和24.7%。聚合氯化铝铁改性凹凸棒石具有较大比表面积、良好的离子交换能力和表面络合性能,显著降低了土壤重金属的生物有效性,可应用于Cd污染农田土壤的钝化修复。     

纳米零价铁物相转变对砷污染土壤稳定化效果和潜在毒性的影响

为探究纳米零价铁团聚作用和氧化反应等物相转变对土壤中砷的稳定化效果和潜在毒性影响机制,选择纳米零价铁以及其可能的物相转变产物,包括微米零价铁、纳米级Fe₂O₃、微米级Fe₂O₃、纳米级Fe₃O₄等,通过室内模拟实验,研究纳米零价铁物相转变对砷污染土壤稳定化效果和潜在毒性的影响。结果表明:1)相比而言,纳米Fe0对土壤中砷的稳定化效率最优,当其添加量为5%时,水溶性砷含量由稳定化处理前的2.20 mg/kg降至0.11 mg/kg,稳定化效率为94.90%,同时,砷的环境风险由处理前的中等风险降至无风险;2)由浸出实验结果可知,团聚作用引起纳米零价铁向微米零价铁转变时,其对砷稳定化效率的影响并不显著(P>0.05);3)由植物毒性实验可知,纳米零价铁的团聚和氧化作用产物均会抑制油菜籽根系生长,影响种子相对根长,而对种子发芽率和种子发芽率指数无抑制作用;4)基于形态分析、植物毒性和风险分析可知,微米级Fe₂O₃和纳米级Fe₃O₄对土壤中砷的稳定化效率较低,稳定化处理后仍有一定环境风险。因此,在实际修复过程中,纳米零价铁物相转变引起土壤中砷的环境风险变化值得关注。     

改性纳米TiO2对污染土壤砷形态及土壤性质的影响

基于纳米TiO₂对土壤砷的稳定效果,以自制的改性纳米TiO₂(活性炭负载纳米二氧化钛TiO₂/AC和铁改性活性炭负载纳米二氧化钛 Fe-TiO₂/AC)为试验材料,通过室内模拟试验,研究改性纳米TiO₂对土壤砷形态、土壤pH、土壤养分及土壤酶活性的影响。结果表明:在2种改性纳米TiO₂的作用下,土壤中砷活性较强的非专性和专性吸附态均降低,惰性的砷无定形和弱结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态均升高。土壤pH随改性纳米TiO₂施用量的增加而升高,速效钾含量均增加,而土壤有效氮减少。在TiO₂/AC和Fe-TiO₂/AC作用下,土壤pH分别为7.07~7.21、7.28~7.43。施加TiO₂/AC和Fe-TiO₂/AC,速效钾的增幅分别为17.2%~32.2%和28.7%~29.5%,有效氮含量降幅分别为25.1%~37.8%和23.5%~44.6%。2种改性纳米TiO₂对土壤中性、碱性磷酸酶的活性均有激活作用;TiO₂/AC对土壤过氧化氢酶和脲酶活性具有一定的抑制作用,但铁改性后的Fe-TiO₂/AC抑制作用减弱,且在施加量为0.3%土壤过氧化氢酶活性比对照提高了19.5%;施加TiO₂/AC后土壤脲酶活性下降范围为63.0%~76.6%,但在0.4%Fe-TiO₂/AC作用下,土壤脲酶活性较对照上升了5.8%。可见,改性纳米TiO₂可以使土壤中砷由活性态向惰性态转化,对土壤性质的影响可通过铁改性来进行控制。     

几种稳定化药剂修复铬污染土壤的研究

采用FeSO_4、K_2HPO_4、EDTA二钠、Na_2S、膨润土、粉煤灰、Ca(OH)_2和水泥8种药剂分别对铬污染土壤进行修复,考察这8种药剂对不同养护时期(7,15,28d)铬污染土壤浸出液中总铬和六价铬的稳定效果,以及对土壤pH值的影响。结果表明,FeSO_4对铬污染的稳定化具有很好的效果,浸出液中总铬和六价铬含量分别降低到2.21,0.76mg/L以下;硫化钠可以使浸出液中总铬和六价铬含量降低50%左右;EDTA二钠对于六价铬有明显的去除作用,但对总铬去除作用不明显。其余几种药剂中,氢氧化钙效果稍微好,其他药剂稳定效果较差。硫酸亚铁和硫化钠对铬土pH影响较大,经过28d修复后也未恢复到原土pH值水平。经过EDTA二钠、氢氧化钙和水泥作用的铬土在第28天的pH值接近原污染铬土壤。其他药剂对土壤pH影响不大。     

矿区重金属污染土壤的植物修复

近年来，重金属污染环境的问题引起人们的广泛关注，其中矿业活动是环境中重金属的最主要来源。植物修复技术具有物理、化学修复方法所无法比拟的费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水的二次污染等优点。可起到美化环境的作用，因此易于被社会所接受，是一项很有发展前途的修复技术。本文从植物稳定、植物提取和植物-微生物以及动物的协同修复等三个方面简要介绍了矿区污染土壤植物修复的研究进展。     

电镀场地污染土壤稳定化修复药剂的设计优化

以Cu和Ni等重金属含量较高的污染土壤为研究对象,选取Na_2S、铁粉、Fe S、高岭土、nano-HAP、油菜秸秆生物炭和石硫合剂对其进行稳定化研究,以重金属浸出浓度下降率和单位成本的重金属浸出浓度下降率综合评价各材料单独添加时的修复效果,并进一步选取铁粉、Fe S和石硫合剂进行混料设计实验和添加量梯度实验,分析修复药剂的最佳配比和用量。研究结果表明:1)单一材料修复实验中,石硫合剂的修复效果最佳,综合修复效果评价值顺序为石硫合剂>油菜秸秆生物炭>铁粉>FeS>高岭土>nano-HAP>Na_2S; 2)混料实验中,使用高岭土和石硫合剂按照质量比为0. 76∶1. 24配制稳定化修复药剂,药剂添加量为土壤质量的2. 0%时,综合修复效果最优,污染土壤中Cu和Ni的浸出浓度分别可由7. 01,2. 06 mg/L降至0. 94,0. 47 mg/L。     

复配材料固化/稳定化重金属污染底泥研究

利用高效重金属稳定化材料与硅酸盐水泥配制复配材料(FP),用于固化/稳定化重金属污染底泥。设置3个FP掺量梯度:10%、20%、30%; 3个固化体养护时间:7,28,42 d;以硅酸盐水泥为对照(CK)。以抗压强度与颗粒固化体浸出浓度为指标,考察FP的固化与稳定化效果。结果表明:相比于原底泥浸出,10%FP掺量下,As的浸出浓度在7 d时已降低93%以上; 28 d时,不同FP掺量下Pb的浸出浓度可降低82. 5%～97. 68%; Cu、Zn的浸出浓度在FP掺量为30%、养护42 d时达最低值,分别下降了60. 97%和89. 07%。FP组Cu、As的浸出浓度在掺量为10%、养护7 d时已显著低于CK,而其Zn的浸出浓度在FP掺量达30%、养护42 d时显著低于CK(P<0. 01)。增加FP掺量、延长养护时间均能显著提高FP组固化体的抗压强度(P<0. 05),在养护42 d时,FP组抗压强度显著高于CK(P<0. 05),当掺量为30%时,FP组抗压强度可达2. 1MPa以上。     

生物炭负载铁锰双氧化物固化稳定化土壤中砷

砷(As)在土壤中的赋存形态复杂, 常规固化稳定化材料处理不同形态As时存在局限。针对该问题,通过整合生物炭(bio-char, BC)表面吸附-静电引力-络合螯合与铁锰双氧化物(ferric manganese binary oxides, FMBO)共沉淀-氧化还原作用, 制得负载了FMBO的BC新功能材料BC_FM, 并与硅酸盐水泥复配固化稳定化As, 利用响应面法探讨影响因素对处理效果的影响。结果表明:在BC_FM与硅酸盐水泥配比为9.88%和8.80%、养护20.53 d条件下, As浸出浓度最低为0.055 mg/L, 可交换态含量占比从4%降至0.5%, 残渣态含量占比从77%升至87%, 无侧限抗压强度>50 kPa。推测BC_FM固化稳定化机制为Fe-O(H)-As共沉淀、Mn-O(H)-As氧化和BC功能的联合作用。该研究结果可为长效固化稳定化As提供新的技术方案。