鉛鋅礦多重金屬污染地下水的原位滲透反應墻修復技術研究與示范.pdf

1、礦山尾礦造成的地下水污染一直是世界環(huán)境污染的重大問題之一，而礦山地下水污染的治理和修復是現(xiàn)今場地污染修復領域的熱點和難題。滲透反應墻(PemeableReactive Barrier，PRB)技術是一種新興高效的地下水污染原位修復技術，目前已被國內(nèi)外廣泛應用于污染地下水的修復。本文以湖南某鉛鋅礦尾礦庫污染地下水為研究對象，系統(tǒng)地研究了污染地下水的原位PRB技術。主要內(nèi)容包括前期場地踏勘，污染狀況調(diào)查和分析，健康風險評估，PRB材料的篩選

2、和材料混配，材料吸附的影響因素及機理，模擬PRB柱中試實驗及現(xiàn)場PRB的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設計和實施。獲得的主要結(jié)論如下:
　　(1)對湖南婁底雙峰煤矸石填埋場、郴州譚凹嶺鎢礦尾礦庫及湖南某鉛鋅礦區(qū)的土壤和水體進行了調(diào)查和風險評估。結(jié)果表明，四個礦區(qū)都存在不同程度的污染:云南文山砒霜廠區(qū)的土壤、地下水、地表水和植物中砷的含量都超過相應的國家標準;郴州鎢礦場地（郴州譚凹嶺、黃家洞）的地下水樣砷含量超過國家標準，其他重金屬含量未超過標準，但

3、流出的廢水具有強堿性;婁底雙峰煤矸石填埋場區(qū)的地下水和土壤中鎘、砷、鋅超過標準;湖南某鉛鋅礦區(qū)的土壤、地表水、地下水中砷、鉛、鋅和鎘含量存在不同情況地超標。湖南某鉛鋅礦區(qū)的土壤、地表水、地下水進行風險評估，結(jié)果表明，存在嚴重的非致癌和致痛風險，不適合耕作及作為飲用水源。
　　(2)針對實驗區(qū)土壤和地下水重金屬污染的種類和濃度，采用批處理實驗，研究了不同材料去除重金屬的能力，以期篩選獲得最佳的PRB材料。實驗結(jié)果表明，鉛去除率超過9

4、0％的材料有6個:鐵錳礦（已有），粉煤灰（石家莊），鋼渣，化工活性炭，海綿鐵，針鐵;鋅去除率超過90％的材料有8個:鐵錳礦（已有），粉煤灰（石家莊），鋼渣，椰殼活性炭，二次還原鐵，化工鐵粉，膨潤土，赤泥;砷(Ⅲ)去除率超過90％的材料有4個:鋼渣，針鐵，化工鐵粉，鐵錳礦（高鐵）;Cd去除材料篩選結(jié)果顯示，有13種材料對鎘的去除比較好。綜合各種材料的篩選結(jié)果表明，鐵錳礦和鋼渣是地下水Cd、Pb、Zn和As復合污染修復的最佳材料。
　

5、　(3)研究了鋼渣去除不同重金屬的條件和影響因子。結(jié)果表明，鋼渣吸附砷的最適宜pH為7.0，吸附鉛和鎘的最適宜pH為3.0～7.0，吸附鋅的最適宜pH為7.0。鋼渣吸附鋅不受溫度影響，但不同溫度對吸附鉛、鎘和砷的影響不同。鋼渣去除鎘在4反應時間為16hr時，達到平衡;鋼渣除鋅、砷在反應時間為12hr時，達到平衡。
　　(4)研究了鋼渣吸附幾種重金屬的等溫吸附和解吸過程。結(jié)果表明，Langmuir和Freundlich方程可以很好的

6、擬合鋼渣對鉛、鋅、鎘和砷等四種重金屬的等溫吸附曲線。用Langmuir等溫吸附方程計算的四種重金屬的吸附容量分別為894.04 mg/g，454.07 mg/g，2424.897 mg/g和63.23 mg/g。三種吸附劑對鉛、鋅、鎘的解吸率都小于1％，表明鋼渣吸附這三種重金屬的解吸率很低，不適合重復使用;NaOH對砷的解吸最好，解吸率達35％，其他解吸劑效果不好。
　　(5)研究了鋼渣吸附幾種重金屬的吸附動力學。結(jié)果表明，可用P

7、seudo-second-order二級動力學方程很好的擬合，相關性系數(shù)均達到0.97以上。擬合的結(jié)果說明，鋼渣對幾種重金屬的吸收速率非常高，適合地下水重金屬的快速去除。
　　(6)研究了溶液中共存離子對鋼渣去除重金屬的影響。結(jié)果表明，溶液中的Ca2+、NO3-、SO42-、SiO32-、H2PO4-等共存離子對鋼渣去除鉛、鎘沒有影響;Ca2+濃度對鋼渣去除鋅幾乎沒有明顯影響，SiO32-、H2PO4-會抑制鋼渣去除鋅的能力。隨著

8、Ca2+濃度增加，對鋼渣去除砷(Ⅲ)的促進作用在降低;H2PO4-、NO3-對鋼渣去除砷(Ⅲ)有促進作用;SiO32-隨濃度變化對鋼渣去除砷(Ⅲ)先促進后抑制;SO42-離子濃度在高濃度時，會抑制鋼渣的去除能力。
　　(7)采用XRD技術分析了鋼渣吸附幾種重金屬前后的X-射線衍射圖譜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼渣吸附鋅、鎘、鉛和砷后形成許多新的衍射峰，由此推斷鋼渣成分與重金屬形成了新的晶體化合物，經(jīng)鑒定對應的化合物為:Zn5(OH)8Cl2·H

9、2O，CdCl2·H2O，Cd(OH) Cl，F(xiàn)e2As4O12，Pb2SiO3·xH2O。同時，說明吸附過程屬于表面吸附，Pb、Zn、Cd、As與材料表面發(fā)生了氧化還原、絡合等反應。
　　(8)進行了實驗室模擬PRB中試穿透試驗，以探討材料去除重金屬的動態(tài)吸附結(jié)果，為設計PRB參數(shù)和野外實施PRB技術提供依據(jù)。結(jié)果顯示，模擬的污染廢水濃度為Pb為1.0mg/L，Zn為40mg/L，Cd為1.0mg/L，pH為場地近似值6.0，模