有机—无机复合稳定剂对土壤重金属稳定化处理的研究

发布时间：2018-12-13 00:07

【摘要】：本实验利用化学钝化／稳定法修复重金属复合污染土壤,并对其效果进行研究。首先通过实验筛选出电石渣、过磷酸钙、蘑菇废料(菌渣)三种效果较优的稳定材料,并将其复配成有机-无机复合稳定剂。然后利用响应面实验设计方法获得最优配比,并对影响复合稳定剂稳定土壤重金属效果的单因素(总投加量、添加方式、时间)进行研究,得到最优的稳定剂稳定条件。在此基础上,利用BCR形态分析提取法分析稳定前后重金属赋存形态的变化,探讨复合稳定剂钝化稳定土壤重金属的机理。为评估复合稳定剂在恶劣环境下的稳定性,对稳定后的土壤进行了模拟酸雨淋溶实验。最终将所得有机-无机复合稳定剂对铅锌冶炼废渣、灰渣进行稳定化研究,为其在重金属污染修复方面的应用提供理论依据和技术支撑。实验结果表明：(1)电石渣、菌渣、过磷酸钙均能有效的稳定土壤中的重金属,稳定效果与投加量成正相关,且不同稳定剂对不同重金属元素具有一定的选择性。电石渣投加量为3%时对Zn、Cu、Pb、Cd稳定效率均较高,分别为91.14%、99.82%、99.98%、70.45%；菌渣投加量为5%时对Cu、Pb稳定效率较高,分别为56.73%、88.97%；过磷酸钙投加量为2%时,只对Pb有较高的稳定效率,维持在96.05%以上(2)利用响应面分析法确定3种材料间的交互作用：在多种复配组合中,电石渣用量与Cu、Zn、Pb、Cd稳定效率成正比；过磷酸钙用量与Cu、Zn、Cd稳定效率成反比、与Pb稳定效率成正比趋势但不明显；菌渣用量与Cd稳定效率成正比,对Cu、Zn、Pb有略微的正比趋势但不明显。总体看来,三种稳定剂同时作用时,电石渣量越大对Cu、Zn、Pb、Cd的稳定越有利,而过磷酸钙则起相反作用。(3)利用响应面分析法得到有机-无机稳定剂的材料最优配比：电石渣用量为4%,过磷酸钙用量为1%,菌渣用量为6.28%。验证试验表明铅、锌、铜、镉的稳定效率分别为99.86%、91.73%、99.74%、89.64%,与回归模型预测结果非常接近(相对误差保持在0.05%-1.42%),说明该响应面模型能较好的预测和分析有机-无机稳定剂联合修复重金属污染土壤的情况。(4)对影响土壤重金属稳定效率的因素进行研究,得到复合稳定剂的最优稳定条件：总投加量11.3%,电石渣、过磷酸钙、菌渣配比=4：1：6.3,添加方式为分步添加,稳定剂添加间隔时间为7天。在此条件下稳定120d后,Zn、Cu、Pb、Cd稳定效率分别为99.75%、99.90%、99.93%、99.03%。与此同时,完全混合处理污染土壤7d时,也能取得较好的稳定效果,Zn、Cu、Pb、Cd浸出浓度值也均低于国家《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)阈值。也即意味着,该有机-无机复合稳定剂对重金属污染土壤有着较好的稳定能力。(5)有机-无机复合稳定剂能将三种材料的钝化稳定机制共同融合,120天稳定后,Zn、Cu、Pb、Cd固定容量Cap值分别为28.90mg/g、17.66 mg/g、16.37 mg/g、 0.12 mg/g。TCLP浸提法和硫酸-硝酸法两种评价方法均表明有机-无机复合稳定剂能有效降低重金属的浸出浓度,稳定后土壤pH由3.97提升至7.23,有机质由8.34g/kg提升至35.03 g/kg,污染土壤的酸化程度得以缓解,土壤肥力有所提高。重金属污染土壤由危废转变为了第Ⅰ类一般工业固体废弃物,其环境风险大大降低。(6)形态分级实验表明：有机-无机复合稳定剂修复120天后,土壤中的重金属形态由最活泼的酸可提取态极大程度的转化为了稍稳定的可还原态、可氧化态以及最稳定的残渣态,Cu、Zn、Pb、Cd酸可提取态分别下降了37.03%、9.36%、72.68%、12.94%。(7)有机-无机复合稳定剂对重金属的稳定机理,很可能是沉淀作用、吸附作用、有机络合/螯合作用的共同结合体,三种稳定剂的配合使用,既能将不同机制的特点结合发挥,又解决了单种稳定剂量大效果不稳定的缺陷,在一定程度上减轻了环境风险。(8)稳定化处理后的土壤对模拟酸雨的侵蚀和活化具有很强的抵御能力,且稳定后重金属以较稳定形态存在,在土壤中迁移能力相对减弱。淋溶1h时,淋出液中Cu、Zn、Pb、Cd浓度就已分别达到0.0728 mg/L、0.3869 mg/L、0.0302 mg/L、0.0062mg/L,低于国家《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3 -2007)浓度要求。随着淋溶时间的推移,Cu、Zn、Pb、Cd浓度仍在下降,淋溶36h时仍远远低于国家标准。此时Cu、Zn、Pb、Cd全量变化幅度分别为3.27%、4.18%、1.77%、-6.99%,Cu、Zn、Pb的可氧化态均减少,其余三态增加；Cd的可氧化态增加,酸可提取态及可还原态减少,残渣态变化不大。(9)铅锌冶炼废渣/灰渣稳定化实验研究表明：有机-无机复合稳定剂能有效降低铅锌冶炼废渣和烟囱灰渣的浸出毒性,Zn、Cu、Pb、Cd的浸出浓度值均低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)浓度要求阈值,稳定效率维持在69.99%以上。但在处理高浓度的冶炼废渣时,单一提高电石渣用量比例不利于Pb形态朝稳定态转化,可以在配比不变时增大稳定剂总用量,联合发挥各稳定剂的优势,或是再选取合适的其它稳定剂和配比。
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【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53

【参考文献】