本文以镉砷复合污染土壤为研究对象,从粘土矿物类、石灰性物质、金属氧化物、含磷矿物类等无机钝化剂中筛选出最佳镉、砷钝化剂,并将筛选出的最佳镉、砷钝化剂进行稳定化复配试验,优化出适用于镉砷复合污染土壤的“钙基 + 铁基 + 磷基”钝化剂复配配方,为镉砷复合污染土壤钝化技术应用提供数据支撑。复配钝化剂对镉砷复合污染土壤进行修复后,土壤镉、砷有效态含量均降低45%以上。 In this paper, taking the soil polluted by cadmium and arsenic as the research object, the best cad-mium and arsenic passivators were selected from inorganic passivators such as clay minerals, cal-careous substances, metal oxides and phosphorus containing minerals. The best cadmium and ar-senic passivators were tested for stabilization, and the compound formula of “calcium + iron + phos-phorus” passivator suitable for the soil polluted by cadmium and arsenic was optimized. It provides data support for the application of passivation technology in cadmium arsenic compound polluted soil. The effective contents of cadmium and arsenic in the soil were reduced by more than 45% after the compound passivator was used to repair the soil polluted by cadmium and arsenic.
本文以镉砷复合污染土壤为研究对象,从粘土矿物类、石灰性物质、金属氧化物、含磷矿物类等无机钝化剂中筛选出最佳镉、砷钝化剂,并将筛选出的最佳镉、砷钝化剂进行稳定化复配试验,优化出适用于镉砷复合污染土壤的“钙基 + 铁基 + 磷基”钝化剂复配配方,为镉砷复合污染土壤钝化技术应用提供数据支撑。复配钝化剂对镉砷复合污染土壤进行修复后,土壤镉、砷有效态含量均降低45%以上。
镉砷复合污染,无机钝化剂,稳定化
Wenqiu Su, Shuang Song
BGRIMM Technology Group, Beijing
Received: Jul. 16th, 2021; accepted: Aug. 17th, 2021; published: Aug. 24th, 2021
In this paper, taking the soil polluted by cadmium and arsenic as the research object, the best cadmium and arsenic passivators were selected from inorganic passivators such as clay minerals, calcareous substances, metal oxides and phosphorus containing minerals. The best cadmium and arsenic passivators were tested for stabilization, and the compound formula of “calcium + iron + phosphorus” passivator suitable for the soil polluted by cadmium and arsenic was optimized. It provides data support for the application of passivation technology in cadmium arsenic compound polluted soil. The effective contents of cadmium and arsenic in the soil were reduced by more than 45% after the compound passivator was used to repair the soil polluted by cadmium and arsenic.
Keywords:Combined Pollution of Cadmium and Arsenic, Inorganic Passivator, Stabilization
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我国土壤污染形势严峻,2014年环境保护和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》,全国土壤总污染物超标率达16.1%,其中金属矿区土壤重金属污染问题尤为严重 [
目前农田重金属污染主要修复方法有客土法、稀释法、稳定固定技术、玻璃化、原位钝化、热脱附、电动修复、化学淋洗、植物修复和微生物修复等 [
镉、砷是近年来备受关注的重金属元素,过量摄入或微量长期暴露均会威胁人体健康 [
砷污染土壤修复剂以铁盐为主 [
供试土壤取自江西赣州某冶炼厂周边土壤(0~30 cm),土壤主要为红壤和少量山地黄壤土。土壤取回后自然风干,剔除植物根系、砾石等再过20目筛,采用四分法混匀后装袋备用。
目前符合污染土壤钝化剂主要有粘土矿物类钝化剂、磷酸盐化合物、金属及其氧化物、石灰性物质、生物炭、有机质和工业废弃物等。
粘土矿物是一类具有高比表面积、良好的机械稳定性,并且有较好的自净能力,价格低廉,因此得到广泛应用研究 [
磷酸盐钝化剂分为可溶性磷酸盐和难溶性磷酸盐,可溶性磷酸盐钝化剂主要有磷酸、磷酸二氢钾和磷酸二氢钙等,难溶性磷酸盐钝化剂主要有磷石膏、磷矿石、羟基磷灰石等。本研究选用磷酸二氢钙和磷矿粉作为镉钝化剂试验材料。
铁盐类钝化剂有FeSO4、Fe(SO4)3和FeCl3等,含铁物质已经被公认为As的解毒剂,能有效降低其移动性,本研究选用硫酸铁作为砷钝化剂试验材料。
污染土壤稳定化流程如下:
1) 准确称取过筛供试土壤50.00 g加入200 ml烧杯中;
2) 根据试验需求加入一定比例稳定化药剂;
3) 稳定化药剂与土壤混匀后,加入50 ml去离子水,用玻璃棒搅拌均匀后沉化7天;
4) 沉化后土壤自然风干并研磨过20目筛,测有效态砷、镉含量。
分别选用海泡石、膨润土、磷酸二氢钙和磷矿粉对镉污染土壤进行稳定化修复试验,稳定化效果如图1所示。由图可知,土壤中加入上述4种稳定化药剂进行稳定化反应后,土壤有效态Cd含量均出现不同程度的降低,且随着药剂添加比例的提高,土壤有效态Cd含量持续降低,稳定化效果排序为海泡石最优,当药剂添加比例为2.5%时,土壤有效态Cd含量由2.48 mg/kg降低至1.37 mg/kg,稳定化率达45%;磷酸二氢钙和膨润土次之,当药剂添加比例为2.5%时,稳定化率分别为38%和35%;磷矿粉最差稳定化效果最差,当药剂添加比例为2.5%时,土壤有效态Cd含量仅降低0.59 mg/kg。
图1. 不同药剂对土壤有效Cd含量的影响
分别选用海泡石、膨润土和硫酸铁对砷污染土壤进行稳定化修复试验,稳定化效果如图2所示。由图可知,土壤中加入上述3种药剂稳定化反应后,土壤有效态As含量均出现不同程度的降低,且随着药剂添加比例的提高,土壤有效态As含量持续降低,稳定化效果排序为硫酸铁最优,当硫酸铁添加比例为2.5%时,土壤有效态As含量由11.7 mg/kg降低至7.2 mg/kg,稳定化率达38%;海泡石和膨润土对土壤有效As含量稳定化效果较差,稳定化率均低于20%。
图2. 不同药剂对土壤有效As含量的影响
土壤中砷以三价的亚砷酸盐(AsO2−)和五价的砷酸盐( AsO 4 3 − )形态存在,As (III)的移动性远大于As (V),且毒性较大。铁盐水解一方面可降低土壤pH值,从而降低As活性,另一方面As与Fe离子结合形成较为稳定的非晶态砷酸铁(FeAsO4·H2O),从而降低土壤中As的生物有效性。
针对上述试验所得最优钝化剂海泡石和硫酸铁,通过复配试验,确定最佳复配配方。供试土壤为镉、砷复合污染土壤,其中土壤镉总量为20 mg/kg,砷总量为40 mg/kg。
共进行7组复配比例,M1~M7,其中海泡石添加量为1%~2.5%,硫酸铁添加比例为Fe2(SO4)3与As的摩尔比1:10~1:20,其他辅助药剂为石灰、磷矿粉等,用于调节pH至6~8范围内。
由图3可知,当采用M2和M4混合比例时,土壤As钝化效果达到最佳;采用M4和M6混合比例时,土壤Cd钝化效果达到最佳。综上,选用M4配方,土壤有效态As和Cd均能达到较佳,有效砷和有效镉含量降低均大于45%。
图3. 土壤镉砷复合污染复配试验结果
以镉砷复合污染土壤为研究对象,通过筛选及复配试验,优化出适用于镉砷复合污染土壤的“钙基 + 铁基 + 磷基”钝化剂复配配方,有效解决土壤镉砷复合污染难题。
1) 在镉污染土壤中施加海泡石,能显著降低土壤有效态Cd含量,稳定化药剂对土壤镉的钝化效果,排序为:海泡石 > 磷酸二氢钙 > 膨润土 > 磷矿粉。
2) 在砷污染土壤中施加硫酸铁,能显著降低土壤有效态As含量,但硫酸铁水解产酸影响土壤pH,需辅以碱性药剂使用。
3) 在镉砷复合污染土壤中,通过施加一定比例海泡石和硫酸铁为主的药剂,能显著降低土壤有效态Cd和有效态As含量,稳定化率达45%以上。
典型矿种尾矿重金属释放特点与污染规律研究,国家重点研发计划课题(2018YFC1801701)。
苏文湫,宋 爽. 土壤镉砷复合污染修复剂筛选研究Study on Selection of Remediation Agents for Soil Cadmium Arsenic Compound Pollution[J]. 环境保护前沿, 2021, 11(04): 800-805. https://doi.org/10.12677/AEP.2021.114094