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汞矿区汞污染土壤的淋洗修复

更新时间:2009-03-28

汞是毒性最强的重金属污染物之一,具有很强的神经毒性、致癌性和致畸性。在汞矿区,由于汞矿石的冶炼效率不高,导致冶炼废弃物中汞含量较高[1],在雨水的冲刷下汞很容易进入周围土壤,造成土壤汞含量超标[2-4]。我国地处环太平洋汞矿化带,境内分布有多个大型和超大型汞矿,大量含汞废渣、废液和废气的排放导致周边土壤污染状况更为严重,汞含量明显高于对照区和土壤背景值[5],土壤汞污染的修复迫在眉睫。2016年国务院印发了《土壤污染防治行动计划》,确定在贵州省铜仁市建立土壤污染综合防治先行示范区。土壤汞污染修复主要基于两种策略:一是将汞从土壤中去除;二是改变土壤中汞的赋存形态,降低其在土壤中的活性和可迁移性[6]。修复技术主要包括:工程方法(如客土法、换土法和深耕翻土法)、热处理法、电动修复法、淋洗法、稳定固定法、植物修复法和微生物修复法等[7]。其中,淋洗法因工艺简单、修复效果稳定彻底、周期短且对高浓度污染土壤的修复效率高而越来越受到重视[8-9]。选择合适的淋洗剂是该技术的关键,目前常用的淋洗剂主要有无机淋洗剂、螯合剂和表面活性剂等。但当前相关研究的供试土壤多以人工配制为主[10-11],与实际污染土壤存在一定差别。

本工作以铜仁汞矿区汞污染土壤为研究对象,筛选合适的淋洗剂,优化淋洗条件,并探索淋洗液的处理方法,以期为制定汞矿区汞污染土壤淋洗修复技术提供理论依据,为实际工程应用提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 土样

供试土壤样品采自贵州省铜仁市碧江区汞污染农田土壤耕作层,采样深度为0~20 cm。土样带回实验室后自然风干,去除砾石和植物残体等杂物,捣碎研磨后过2 mm筛,放入自封袋中备用。土样的基本理化性质如下:pH 5.33,阳离子交换量(CEC)110.4 mmol/kg,有机质含量22.92 g/kg,砂粒含量36.24%(w),粉粒含量43.32%(w),黏粒含量20.44%(w)。土样总汞含量为(22.60±6.39)mg/kg,超过《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)[12]中汞的二级标准限值(0.3 mg/kg),属于汞重度污染土壤,其中有效态汞含量为(0.013±0.001)mg/kg,占总汞含量的0.06%。

亚硝酸盐含量采用国标法(GB 5009.33-2010)测定。用改良的MRS液体活化保存的乳酸菌菌株,按0.2%接种量接入含亚硝酸钠100 μg/mL的MRS液体培养基中,于35 ℃培养60 h,每间隔12 h取样,测定发酵液中的亚硝酸盐含量。

在很早的时期,相关专家在进行神经生长因子的研究过程中,在某些小动物的身上找到了表皮生长因子,通过实践发现,在上皮细胞增殖、分化等方面表皮生长因子起着关键性的作用。在现代医学临床当中,表皮生长因子被广泛的运用到其中,尤其是糖尿病足溃疡、烧伤等疾病当中,表皮生长因子可以让创面达到愈合的目的,并且使得瘢痕组织形成进一步的降低。

1.2 实验方法

采用上述实验确定的最佳淋洗剂和淋洗条件处理3个土样,将所得淋洗液混合(约100 mL),测定其pH和汞含量。取5 mL淋洗液于10 mL离心管中,加入一定量的Na2S固体,放入振荡器中,25℃下以180 r/min的速率振荡1 h。然后以3 000 r/min的速率离心10 min,取上清液,用0.45 μm滤膜过滤后测定滤液中的汞含量,取三次平行实验均值。

淋洗时间对淋洗率的影响见图4。由图4可见,随淋洗时间的延长,淋洗液与污染土壤混合更为充分,淋洗率逐渐提高,4 h时淋洗率达到12.91%,随后趋于稳定,延长淋洗时间对淋洗效果的影响并不显著。因此,选择最佳淋洗时间为4 h。

1.2.2 淋洗条件的优化

采用上述实验确定的最佳淋洗剂配制淋洗液,分别依次改变淋洗剂浓度、固液比(g/mL)、淋洗时间和淋洗次数进行上述实验,已确定的最佳条件应用于后续实验中。其中,多次淋洗方法为离心去除上清液后,向离心管内再次加入相同体积和含量的淋洗液,重复上述实验。

土壤淋洗剂一般为具有离子交换、螯合和络合等作用的化学试剂,主要包括清水、无机酸、碱和盐、有机酸、螯合剂和表面活性剂等[17]。根据常见淋洗剂的特点以及供试土壤的理化性质和汞污染状况,本研究选取了6种备选淋洗剂进行筛选实验,结果见图1。由图1可见:不同淋洗剂对土壤中汞的去除效果存在较大差异,淋洗率在0.06%~11.17%之间;其中,水、TA、CA和SDS溶液对土壤中汞的去除效果较差,淋洗率分别为0.06%、0.07%、0.08%和0.06%;EDTA、KI和Na2S2O3溶液对土壤中汞的去除效果相对较好,淋洗率分别为3.35%、8.04%和11.17%;即水对土壤中汞的去除效果最差,Na2S2O3溶液最好。这是因为:EDTA对土壤中各种金属都有很强的螯合能力,对重金属的去除效果明显高于等量水平的水和表面活性剂[18];KI作为淋洗剂,淋洗过程中I-能与汞形成可溶态汞化合物HgI42-,从而带走土壤中的汞;Na2S2O3作为淋洗剂,S2O32-可与土壤中汞形成可溶态HgS2O3[19];而TA、CA和SDS主要靠降低土壤酸性或降低土壤颗粒表面张力来促进土壤中汞的溶解,无法与EDTA、KI和Na2S2O3可与土壤中Hg2+生成稳定的水溶性络合物[11,20]相比。

Na2S2O3浓度对淋洗率的影响见图2。由图2可见,随着Na2S2O3浓度的增加,淋洗率提高,当Na2S2O3浓度为0.01 mol/L时淋洗率达到12.85%,随后淋洗率趋于稳定,不再随Na2S2O3浓度的增加而显著提高。因此,选择最佳Na2S2O3浓度为0.01 mol/L。

1.2.1 淋洗剂的筛选

1.3 分析方法

参考文献[13]测定土样基本理化性质:土样经1∶2.5固液比浸提后采用Five Easy Plus型pH计(梅特勒-托利多公司)测定pH;CEC采用乙酸铵交换法测定;有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定;颗粒组成采用吸管法测定。

分别按照文献[14]和[15],经王水消解土样,采用AFS-930型原子荧光光度计(北京吉天仪器有限公司)测定土样的总汞含量和淋洗液的汞含量。参照文献[16]以0.1 mol/L盐酸为萃取剂测定土样的有效态汞含量。

陈宗英等[11]的研究结果与本研究相近,对土壤中汞的淋洗效果最好的为Na2S2O3,但其淋洗率可达62.99%,远高于本研究,其原因主要为其实验所用土壤为人工配制,土壤中有效态汞含量为56.37 mg/kg,占总汞含量的48.30%,而本研究中采用的矿区原土,土壤中有效态汞含量为0.013 mg/kg,仅占总汞含量的0.06%。研究表明,铜仁汞矿区土壤中汞多以惰性硫化汞形态为主,易溶、易迁移的形态相对较少[21-22]

折臂式铁钻工底座主要功能是通过与钻台相连支撑铁钻工绝大部分质量。回转机构的功能是实现铁钻工整体回转运动,进而配合折臂控制铁钻工的钳体在水平方向达到所要到达的位置进行石油管柱的上卸扣。回转机构的工作原理是电动机通过减速器带动驱动轮,驱动轮再通

 

式中:E为淋洗率,%;ρl为淋洗液汞质量浓度,mg/L;V为淋洗液体积,L;Cs为土样中汞含量,mg/kg;m为土样质量,kg。

2 结果与讨论

2.1 不同淋洗剂对土壤中汞的淋洗效果

1.2.3 淋洗液的处理

土壤中总汞的淋洗率按以下公式进行计算:

2.4 暴露后处理方式 挤血+冲洗+消毒86名、占72.27%,挤血+冲洗18名、占15.13%,挤血+消毒12名、占10.08%,挤血2名、占1.68%,冲洗1名、占8.40%。

  

图1 不同淋洗剂对土壤汞的淋洗率

2.2 淋洗条件的优化结果

2.2.3日常管理天麻种籽萌发菌,密环菌播种后,管理的主要任务就是控制温度和湿度,保持基质中温度为20~25摄氏度,湿度约50%,是确保天麻种籽萌发和发芽后接密环菌长成米麻、白麻的关键,是天麻产量高低保证,必须注意浇水,以小水勤浇,不浇透为宜。

固液比是淋洗土壤质量与淋洗液体积之比,它直接影响到土壤汞的淋洗效果和淋洗成本。固液比过小,淋洗时用水量增多,需处理的废水量也随之增加,导致淋洗成本提高;固液比过大,淋洗剂与污染土壤接触不充分,导致淋洗率降低[23]。固液比对淋洗率的影响见图3。由图3可见,当固液比由1∶5降至1∶30时,淋洗率反而由13.87%逐渐降至10.80%。因此,选择最佳固液比为1∶5。

  

图2 Na2S2O3浓度对淋洗率的影响

  

图3 固液比对淋洗率的影响

分别用分析纯的KI、Na2S2O3、乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸(CA)、酒石酸(TA)、十二烷基硫酸钠(SDS)与超纯水配制淋洗液。称取1 g土样置于50 mL离心管中,加入20 mL浓度为0.1 mol/L的淋洗液。摇匀后放入振荡器中,25 ℃下以180 r/min的速率振荡18 h。然后以3 000 r/min的速率离心10 min,取上清液,用0.45 μm滤膜过滤后测定滤液中的汞含量,取三次平行实验均值,并用超纯水作为对照组。

对于贫困生来说,贫困生档案是获取相关补助和奖学金的重要依据,为确保准确、无误、完整的留存贫困生档案,每年在固定时间都要建立新的贫困生档案,对已存的档案要进行核对,做相应的更改和调整。

淋洗次数对淋洗率的影响见图5。由图5可见:第1次的淋洗率为13.41%,随后再次淋洗时淋洗率大幅度降低,仅为1.56%;随着淋洗次数的增加,单次淋洗的效率逐渐降低,对土壤汞的去除效果几乎可以忽略不计。综合考虑处理成本和效果,选择最佳淋洗次数为1次。分析淋洗1次后土壤中的有效态汞含量,结果为0.008 mg/kg,即淋洗一次,土壤中有效态汞含量可降至原来的61.54%。

  

图4 淋洗时间对淋洗率的影响

  

图5 淋洗次数对淋洗率的影响

2.3 淋洗液的处理效果

尽管土壤淋洗法具有很多优点,但是淋洗液中含有大量淋洗剂和重金属离子,如果不妥善处理,会造成二次污染[24]。经测定,采用上述优化条件对供试土壤进行淋洗处理后得到的淋洗液中汞含量为(0.60±0.06)mg/L,超过《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)[25]中规定的汞排放限值(0.05 mg/L),故必须对其进行处理。汞离子与硫离子反应可以生成稳定的硫化汞沉淀[26],故本研究选用Na2S溶液对淋洗液中的汞进行处理。Na2S加入量对淋洗液中汞去除率的影响见图6。由图6可见:随着Na2S加入量的增加,汞去除率不断增加;当Na2S加入量分别为0.3,0.6,1.5,3.0,6.0 g/L时,汞去除率分别为94.12%,95.97%,96.64%,98.49%,99.13%,对应的处理后淋洗液中汞含量分别为0.035,0.024,0.020,0.009,0.005 mg/L,均满足上述汞排放标准。但是,进一步的研究表明,当Na2S加入量增至15.0 g/L时,淋洗液中汞的去除率大幅度降低,仅为83.27%。分析其原因可能是,过量的S2-可以与HgS发生络合反应,生成[HgS22-,从而使HgS又重新溶解[27]。因此,在使用Na2S处理淋洗液中的汞时,应控制其添加量。结合汞的去除效果和成本考虑,选择Na2S的最佳加入量为0.6 g/L,即每升淋洗液加入Na2S 0.6 g。

  

图6 Na2S加入量对淋洗液中汞去除率的影响

3 结论

a)不同淋洗剂对土壤汞的淋洗效果有显著差异,其中淋洗效果最好的是Na2S2O3

b)土壤汞淋洗的最佳条件为:Na2S2O3浓度0.01 mol/L,固液比1∶5,淋洗时间4 h,淋洗次数1次。在此条件下,土壤中总汞的淋洗率为13.41%,有效态汞含量可降至原来的61.54%。

c)Na2S对淋洗液中的汞具有较好的去除效果,每升淋洗液加入0.6 g Na2S处理后,即可满足国家相关排放标准。

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贾俊峰,黄阳,刘方,石维,侯长林,滕应
《化工环保》 2018年第02期
《化工环保》2018年第02期文献

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