重金屬污染物在紅壤中遷移規(guī)律及修復(fù)技術(shù)研究.pdf

1、土壤是組成地球生態(tài)環(huán)境的重要部分,也是人類生存的寶貴資源。近年來(lái),隨著采礦業(yè)、冶金業(yè)、鑄造業(yè)以及電子業(yè)的迅猛發(fā)展,土壤重金屬污染狀況日益嚴(yán)重。在過(guò)去50年里,粗略統(tǒng)計(jì)排放到全球環(huán)境中的鎘達(dá)到2.2×104噸、銅9.39×105噸、鉛7.83×105噸、鋅1.35×106噸。其中有相當(dāng)一部分進(jìn)入土壤,致使世界各國(guó)土壤出現(xiàn)不同程度的污染問(wèn)題。土壤重金屬污染致使人類生存環(huán)境質(zhì)量惡化,導(dǎo)致各類污染事件頻發(fā),嚴(yán)重危害生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和人類的生存

2、健康。因而,土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。
　　目前各國(guó)都在為研究與開發(fā)重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)作出努力,常規(guī)的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)有物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)以及電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)等。但以上土壤修復(fù)技術(shù)存在運(yùn)行費(fèi)用高、片面強(qiáng)調(diào)土壤污染而忽視了土壤——地下水系統(tǒng)的整體性、對(duì)環(huán)境造成二次污染、可操作性差等局限性,因而能夠工程化的土壤修復(fù)技術(shù)十分有限。
　　針對(duì)以上問(wèn)題,本課題以我國(guó)南昌地區(qū)特征

3、土壤——紅壤作為研究對(duì)象,以銅和鎳為特征污染物,提出新的土壤修復(fù)技術(shù)——可降解螯合劑淋洗法+可滲透反應(yīng)格柵(chelating agent-permeable reactive barrier,CH-PRB)治理土壤重金屬污染。淋洗法是傳統(tǒng)的土壤修復(fù)技術(shù),國(guó)內(nèi)外的環(huán)境工作者已具備完善的工程經(jīng)驗(yàn)?？蓾B透反應(yīng)格柵(permeable reactive barrier,PRB)技術(shù)是一種新的地下水處理技術(shù),該技術(shù)在國(guó)外已有廣泛應(yīng)用。CH-PR

4、B土壤修復(fù)技術(shù)將土壤和地下水視為整體,在修復(fù)重金屬污染土壤的同時(shí),處理受污染的地下水。且CH-PRB技術(shù)采用經(jīng)篩選的、可生物降解螯合劑作為淋洗劑,在保證土壤中重金屬物質(zhì)去除效果的同時(shí),避免了對(duì)環(huán)境造成的二次污染。
　　本課題通過(guò)人工模擬污染紅壤,進(jìn)行重金屬(銅和鎳)在紅壤中賦存形態(tài)特征研究。研究證明:在銅污染紅壤中銅的賦存形態(tài)以可交換態(tài)為主,占總含銅量的31.98％;在鎳污染紅壤中鎳的賦存形態(tài)以可殘?jiān)鼞B(tài)為主,占總含鎳量的57.49

5、％,其次才是可交換態(tài),占總含鎳量的29.53％。
　　搭建直徑為30cm,高200cm的土柱試驗(yàn),以硫酸銅溶液為特征污染物,以淺層積水,自由漫流進(jìn)水形式向土柱持續(xù)注入硫酸銅溶液,模擬硫酸銅溶液在紅壤中的擴(kuò)散過(guò)程,研究重金屬在紅壤中的擴(kuò)散、賦存形態(tài)的分布及遷移規(guī)律,并運(yùn)用瞬間剖面法計(jì)算出重金屬溶液在紅壤中的水動(dòng)力彌散系數(shù),建立重金屬污染物在埋深小于100cm土層中水動(dòng)力彌散系數(shù)分布方程。以對(duì)流——彌散模型(Convective——D

6、ispersive Model,CD模型)為基礎(chǔ),耦合水動(dòng)力彌散系數(shù)分布方程,建立了土壤表面存在重金屬溶液淺層積水條件下,紅壤中重金屬溶質(zhì)遷移模型。
　　通過(guò)燒杯試驗(yàn),對(duì)比研究殼聚糖、EDTA及檸檬酸三鈉三種螯合劑對(duì)紅壤中重金屬(銅和鎳)的浸提效果。研究表明,生物螯合劑——?dú)ぞ厶强勺鳛榱芟匆簯?yīng)用于修復(fù)紅壤的重金屬污染,且多種重金屬共存時(shí),在浸提過(guò)程中各種金屬間表現(xiàn)出明顯的協(xié)同作用。
　　構(gòu)建CH-PRB土壤修復(fù)技術(shù)系統(tǒng),以0

7、.2g/L殼聚糖溶液作為淋洗液對(duì)直徑20cm,高100cm,平均含銅量為2.34mg/g銅污染土柱進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)。修復(fù)進(jìn)行42天,待修復(fù)土壤中銅的去除率達(dá)到98.29％,土壤中殘存的重金屬銅含量?jī)H為0.04mg/g,低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中規(guī)定的二級(jí)土壤含銅量最高限值——0.05mg/g。為了高效去除土壤淋洗滲出液及地下水中存在的重金屬污染物質(zhì),本課題采用平行對(duì)比試驗(yàn),對(duì)可滲透反應(yīng)格柵中的填料材料進(jìn)行篩選。研

8、究證明,廢鐵屑+活性炭+粉煤渣按照1:1:1體積比混合,作為CH-PRB土壤修復(fù)技術(shù)中可滲透反應(yīng)格柵的填料,可對(duì)土壤淋洗滲出液及地下水中的重金屬和有機(jī)物起到很好的去除效果。最終出水水質(zhì)為:[Cu]=0mg/L,COD=9.80mg/L,pH值=5.11-5.12。研究結(jié)果證明CH-PRB土壤修復(fù)技術(shù)可高效、穩(wěn)定、持續(xù)處理紅壤及地下水中重金屬污染物質(zhì)。
　　參照連續(xù)攪拌反應(yīng)器(CSTR),建立可降解螯合劑淋洗系統(tǒng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,確