氟磷灰石用于底泥重金屬污染物就地穩(wěn)定化的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、底泥污染與整治作為城市河流污染的難點(diǎn)之一，是目前全世界普遍存在的突出環(huán)境問(wèn)題。底泥中累積的大量有毒有害污染物通過(guò)一定的交換作用重新釋放，是影響和制約上覆水質(zhì)的主要二次污染源。 疏浚作為現(xiàn)行的底泥主要處理方式，表現(xiàn)出了成本高，易二次污染等缺陷。為了有效處理底泥中的污染物，本文結(jié)合蘇州河低流速感潮河流特性，模擬就地帽封和穩(wěn)定化技術(shù)來(lái)處理底泥中的重金屬污染物。 本文的關(guān)鍵是利用新興的環(huán)境礦物材料氟磷灰石作為帽封材料的主體，以底

2、泥中重金屬污染物為主要目標(biāo)，結(jié)合氟磷灰石特殊晶體結(jié)構(gòu)對(duì)不同價(jià)態(tài)陽(yáng)離子的吸附交換作用的特性，在對(duì)蘇州河污染底泥性質(zhì)的深入了解和氟磷灰石穩(wěn)定固化重金屬機(jī)制的探討基礎(chǔ)上，采用重金屬化學(xué)形態(tài)分析方法(BCR)、生物有效性指標(biāo)(SEM/AVS)和美國(guó)EPA的浸出毒性實(shí)驗(yàn)(TCLP)等技術(shù)指標(biāo)來(lái)定量表征穩(wěn)定化過(guò)程中重金屬的化學(xué)形態(tài)變化、生物有效性、毒理性的強(qiáng)弱和TCLP浸出特性。結(jié)果表明： (1)蘇州河底泥7個(gè)采樣點(diǎn)中，中山路橋的重金屬污染

3、最為嚴(yán)重，長(zhǎng)壽路橋和昌化路橋污染較輕；砷、鎘、鎳、鉛為主要的重金屬污染物，其中砷的最高含量為265mg/kg，鎘的最高含量為61mg/kg，鎳的最高含量為170mg/kg，鉛的最高含量為335mg/kg，最大超標(biāo)3-12倍。 (2)BCR形態(tài)分析顯示鎳、鎘和鋅主要存在于非穩(wěn)定態(tài)中，而砷、鉻和錳主要存在于殘?jiān)鼞B(tài)中。銅主要和有機(jī)物硫化物結(jié)合，鉛的形態(tài)隨著采樣點(diǎn)的不同而變化。蘇州河底泥重金屬的生物有效性和毒理性較低，SEM/AVS比值

4、均低于一。BCR形態(tài)分析可以作為一種輔助手段結(jié)合揮發(fā)性硫化物(AVS)來(lái)評(píng)價(jià)底泥重金屬的生物有效性和毒理性，如果大量重金屬結(jié)合非硫化物相，SEM/AVS的結(jié)果可能會(huì)高估重金屬的生物有效性。 (3)當(dāng)pH=7，投加量為2g/l時(shí)，氟磷灰石對(duì)鉛的最大吸附容量達(dá)到64.9mg/g；當(dāng)pH=7時(shí)，投加量為4g/l時(shí)，氟磷灰石對(duì)鋅的最大吸附容量為2.6mg/g；TCLP浸出試驗(yàn)表明，氟磷灰石對(duì)鉛的穩(wěn)定作用強(qiáng)于鋅，鋅的最大浸出率超過(guò)鉛20％

5、左右。當(dāng)鉛進(jìn)入磷灰石的晶格內(nèi)，它的殘?jiān)鼞B(tài)達(dá)到了近80％；而當(dāng)鉛被磷灰石耦合在表面時(shí)，它的殘?jiān)鼞B(tài)降低到了55％左右。比較發(fā)現(xiàn)，磷灰石通過(guò)晶格置換作用所產(chǎn)生的穩(wěn)定效果優(yōu)于表面耦合作用。 (4)磷灰石對(duì)于底泥中重金屬的穩(wěn)定具有積極作用，促使重金屬由非穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)逐步轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變過(guò)程主要是碳酸鹽結(jié)合態(tài)向殘?jiān)鼞B(tài)遷移，鉛和鋅的穩(wěn)定態(tài)比例最高分別增加了19％和15％。磷灰石的加入量對(duì)于最終穩(wěn)定底泥重金屬穩(wěn)定態(tài)的提高無(wú)顯著影響；磷灰石穩(wěn)定過(guò)程中

6、對(duì)底泥環(huán)境的pH影響很小，基本不變，但是會(huì)引起水體的氧化還原電位波動(dòng)，進(jìn)一步導(dǎo)致底泥中揮發(fā)性硫化物減少，增強(qiáng)了重金屬的生物有效性。 (5)磷灰石穩(wěn)定劑的加入并未引起其他重金屬形態(tài)的劇烈變化。鉻仍然以殘?jiān)鼞B(tài)穩(wěn)定存在于底泥中，銅主要結(jié)合氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。鎘和鎳的碳酸鹽結(jié)合態(tài)有一定量的減少，顯示了磷灰石對(duì)鎘和鎳也具備一定的穩(wěn)定作用。磷灰石的加入會(huì)引起部分鈣的釋放，而磷釋放很少。 (6)不同穩(wěn)定劑的比較發(fā)現(xiàn)，磷灰石對(duì)鉛鋅的穩(wěn)定效果

7、總體好于針鐵礦和水鐵礦。針鐵礦和水鐵礦的加入有效阻止了揮發(fā)性硫的減少，BCR、SEM/AVS和TCLP等一系列指標(biāo)表明底泥與穩(wěn)定劑經(jīng)過(guò)2個(gè)月左右的反應(yīng)后基本達(dá)到穩(wěn)定。 (7)TCLP的浸出率與形態(tài)分析表現(xiàn)出了一定的相關(guān)性，鉛和鋅的TCLP浸出率與碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)都表現(xiàn)出了很好的正相關(guān)性，最高達(dá)到r=0.8389。同時(shí)鉛和鋅的TCLP浸出率與殘?jiān)鼞B(tài)表現(xiàn)出了較好的負(fù)相關(guān)性，表明隨著穩(wěn)定態(tài)的比重增加，TCLP的浸出不斷減