AMD-湿地处理体系沉积物中铁锰的赋存形态及环境稳定性研究

发布时间：2020-06-01 16:25

【摘要】：人工湿地是一种新型生态污水处理技术,目前已逐渐用于处理酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)。AMD进入湿地处理系统后,大量的重金属被沉积物富集。当外源污染被控制后,积蓄在沉积物中的重金属又能重新释放并对上覆水水质产生直接影响,进而危害湿地生态系统,对水源安全、人体健康构成潜在威胁。因此,研究沉积物中重金属含量和形态分布特征以及在不同外因条件下重金属的环境行为具有重要的现实意义。本文以AMD-湿地处理体系的沉积物为研究对象,分析了沉积物的理化特性,Fe、Mn含量及分布特征;通过筛分实验重点探讨了沉积物的粒径组成特点及Fe、Mn元素在不同粒径沉积物中的分布情况,并通过室内模拟实验研究了环境因素(pH、凋落物、低分子量有机酸)对沉积物中Fe、Mn元素的赋存形态及环境稳定性的影响,以期为湿地沉积物重金属的防治提供参考依据。本文的主要结论如下:(1)AMD-湿地处理体系沉积物的pH值为7.73,电导率(EC)值为1098.5μs/cm,有机质含量为40.56 g/kg,其矿物组成以石英、针铁矿和尖晶石为主。沉积物中Fe、Mn含量分别为3.71×10~5 mg/kg、8.01×10~3 mg/kg,二者含量均明显超出了贵州表生沉积物背景值。沉积物中Fe以残渣态为主要存在形式,但对环境存在较大的潜在危害性;Mn元素则以弱酸提取态为主要存在形式,对生态环境有直接危害。(2)AMD-湿地处理体系沉积物颗粒主要集中在75μm和450μm的粒径范围。各粒径沉积物中,pH值随粒径的减小而增大,有机质则随粒径的减小而降低,最大电导率值为1253μs/cm出现在150~250μm粒径范围。不同粒径沉积物的矿物组成均以石英、针铁矿和尖晶石为主。Fe、Mn元素均在较小粒径中的含量较高,各粒径沉积物中,Fe元素主要都以稳定的残渣态形式存在(95.7%左右),对生态环境的危害很小;Mn元素主要以弱酸提取态形式存在,且所占比例随粒径的增大而增加,在450μm的粒径中弱酸提取态Mn所占比例高达65.4%,对生态环境的危害性较大。(3)不同pH条件(1.5~7.5)下,沉积物上覆水的pH值随浸泡液初始pH值的升高而逐渐增大,而上覆水的EC值则逐渐减小。酸性条件下会促进沉积物中Fe、Mn元素的释放和硫酸盐类物质及有机质的溶解,导致上覆水中Fe、Mn和SO_4~(2-)浓度增加,沉积物中有机质含量减小。经不同pH条件处理后,沉积物的主要矿物组成无明显变化;同时,经低pH条件处理后的沉积物中,Fe的可还原态及总的非稳定态所占比例增大,Mn的弱酸提取态所占比例减小,可还原态所占比例增加,但总的非稳定态所占比例增大,导致沉积物中Fe、Mn元素对环境的危害性增强,具有的潜在环境生态风险增大。(4)凋落物的分解,会导致上覆水pH值降低,EC值增大,同时还会促进沉积物中Fe、Mn的释放,并对上覆水中SO_4~(2-)离子的浓度产生影响。凋落物分解后,沉积物中有机质的含量明显增大,且样品的主要矿物成分为石英、针铁矿和石膏。沉积物中Fe、Mn元素的弱酸提取态和可还原态含量在凋落物分解后产生了变化,但其总的非稳定态所占比例均随凋落物添加量的增加而增大,从而增大了其环境风险。(5)在AMD-湿地处理体系中,节节草分泌的有机酸对沉积物中的Fe、Mn元素具有强烈的活化作用。通过室内模拟发现,有机酸的添加,会降低上覆水的pH值,促进沉积物中Fe、Mn的释放,但释放能力受有机酸自身性质及浓度的影响;同时,有机酸的添加还能一定程度地抑制硫酸盐的溶解释放,明显增大沉积物中有机质的含量。经有机酸处理后,沉积物样品的主要矿物成分以石英、针铁矿和菱锰矿为主。低分子量有机酸处理对沉积物中的Fe、Mn具有强烈的活化作用,可增加Fe、Mn元素的弱酸提取态,降低二者的可还原态、可氧化态和残渣态,导致其环境危害性明显增大。
【图文】：

技术路线图,赋存形态,环境稳定性,体系

凋落物分解对沉积物中 Fe、Mn 的赋存形态及环境稳定性影响pH 对沉积物中 Fe、Mn 的赋存形态及环境稳定性影响有机酸对沉积物中Fe、Mn赋存形态及环境稳定性影响积物径对e、Mn赋存态及境稳性影D-湿地处理体系中沉积物 Fe、Mn 的赋存形态及稳定性影响因素AMD-湿地处理体系中沉积物的理化性质及矿物学特征D-湿地处理体系沉积物中 Fe、Mn 的赋存形态及环境稳定性特征

形态变化,残渣,沉积物,可氧化

conditions.Fe 在沉积物样品中主要存在于 B4 残渣态（高达 90%以上），，Fe 的四个形态含量顺序为：B4残渣态＞B2可还原态＞B1弱酸提取态＞B3可氧化态（图5.6a）。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】