重金属污染修复前后土壤性质的变化

　　5修复前后土壤性质的变化

　　5.1引言

　　尽管淋洗修复技术对土壤中的重金属去除效果较好,但是由于淋洗剂本身的pH及螯合络合作用,容易改变土壤的结构及理化性质,致使其使用性质及功能发生变化。比如,淋洗剂在去除重金属的同时,也会对土壤中的其他元素产生去除效果,引起土壤基质的流失;而且各种元素的形态势必发生改变,溶解性及迁移性也会发生变化,可能形成潜在的生态及健康风险;同时随着淋洗剂的加入,土壤中必然增加了淋洗剂这种组分,因此微生物环境亦会随之改变。

　　因为水泥是一种水硬性胶凝材料,与水反应后生成一种坚硬的水泥固化体,因此土壤经水泥固化/稳定化处理后,其抗压强度及硬度均发生了较大的改变,往往失去了其原有的应用性质,需要考虑固化体的处置或者资源化利用等问题。

　　而污染土壤经稳定化处理后,其重金属形态往往也会发生变化,由此潜在的生态风险和健康风险亦会随之改变,而且重金属形态变化的情况也能较好的评估稳定化修复技术的实际效果。

　　5.2材料与方法

　　5.2.1实验设计

　　5.2.1.1淋洗对土壤中Fe、Ca、K的去除分析测定0.2mol/L的梓檬酸和0.05mol/L的EDTA淋洗一次和两次后上清液中Fe、Ca、K的浓度,测定仪器为火焰原子吸收分光光度计(AAS),测定方法同Cu 和 Ni。

　　5.2.1.2固化体强度的测定

　　固化体强度采用电液式水泥压力测验机(YAM-300B)进行测定,然后分析其强度是否符合《固化类路面基层和底基层技术规程》(CJJ/T 80-98)中的固化类混合料的强度标准,详见表5-1,以确定该固化体能否用于路基材料,实现污染土壤固定化修复后的资源化利用。

　　5.2.1.3稳定化处理后重金属形态的分析

　　对30%的石膏和15%的竹炭稳定化处理后的土壤进行形态分析,分析方法为Tessier五步提取法,步骤同2.2.2.2。分析结果用于评价稳定化处理对重金属形态的影响。

　　5.2.2数据处理与统计

　　采用Microsoft Excel (2010)进行相关数据的处理分析及相关图表的绘制。

　　5.3结果与分析

　　5.3.1淋洗后土壤中Fe、Ca、K的变化

　　表5-2是0.2mol/L的梓檬酸和0.05mol/L的EDTA在淋洗过程中对Fe、Ca、K的去除量。由该表可知,第一次淋洗中,EDTA对Fe的去除量大于梓檬酸,为2458.67mg/kg,而梓檬酸对Ca和K的去除量均大于EDTA,分别为324.57mg/kg和312.37mg/kg。第二次淋洗中,梓檬酸对Fe和K的去除量大于EDTA,分别为1392.67mg/kg和130.17mg/kg,而EDTA对Ca的去除量超过了梓檬酸,为356.57mg/kg。其中梓檬酸对K的去除量始终大于EDTA,而对Fe、Ca的去除情况前后有所变化。

　　图5-1是0.2mol/L的梓檬酸和0.05mol/L的EDTA在淋洗过程中对Fe、Ca、K去除量的相对比较。由图可知,两种淋洗剂第一次淋洗对三种阳离子的去除量大都高于第二次淋洗,其中Fe的去除量最多。从图中还可以看出,第一次淋洗时,EDTA对Fe的去除量远大于梓檬酸,而对Ca和K的去除量略小于梓檬酸;第二次淋洗时,EDTA对Fe的去除量小于梓檬酸,而对Ca的去除量大于梓檬酸,两种淋洗剂对K的去除量大致相当。因此,如果仅对该污染土壤淋洗一次,建议采用0.2mol/L的梓檬酸,可以较少的去除土壤中的Fe;如果淋洗次数为两次,建议采取先用0.05mol/L的EDTA淋洗lOh再用0.2mol/L的梓檬酸淋洗8h的淋洗顺序,可以实现对Ca和K去除量的最小化。

　　5.3.2固定化处理后土壤强度的变化

　　对9个不同处理的固化体的强度进行测定,结果见表5-3。

　　由表5-1中固化类混合料的强度标准可知,0:10处理的样品由于未加水泥固化,强度仅为0.2MPa,因此既不能用于底基层的铺设,也不能用于基层的铺设。其余8个水泥处理后的固化体强度均大于2.0MPa,都可以用于底基层的铺设,而只有水泥的添加比例在40%以上时,才能用于基层的铺设。

　　根据4.3.1的实验结果,只有当泥土比为5:5,即水泥的添加比例为50%以上时,固化体中铜镍的浸出浓度才能达到相关浸出毒性限值及地下水环境质量标准。泥土比为5:5的固化体的强度为6.9MPa,均满足表5-1中的相关标准,既能用于基层的铺设,也能用于底基层的铺设,既能用于城市快速路和城市主干路的铺设,也能用于城市次干路和支路的铺设。

　　5.3.3稳定化处理后重金属形态的变化

　　图5-2是用30%的石膏和15%的竹炭稳定化处理前后土壤中铜键形态变化的情况。可知,待试土壤中铜的可交换态、碳酸盐结合态、铁猛氧化物结合态、有机结合态及残渣态分别为34.99%、13.46%、11.92%、6.71%和32.91%,镍的5种形态分别为57.40%、2.44%、0.86%、0.70%和38.59%。经石膏和竹炭稳定化处理后,铜的可交换态含量分别降低到1.35%和2.08%,镇的可交换态含量分别降低到37.95%和51.23%;铜的碳酸盐形态升高到30.19%和14.26%,镍的碳酸盐形态升高到14.45%和7.04%;铜的铁猛氧化物结合态升高到26.62%和28.48%,镍的铁猛氧化物结合态升高到9.68%和4.23%;铜的有机结合态升高到8.26%和11.06%,镜的有机结合态升高到1.31%和1.41%;铜的残渔态升高到33.59%和44.12%,媒的残渣态有所降低,分别为36.61%和36.10%。根据稳定化处理前后百分比变化的相对程度可以发现,两种稳定剂对铜镜的稳定作用基本都表现为可交换态的降低;其中石膏的稳定效果还表现为碳酸盐结合态和铁猛氧化物结合态的增加,竹炭的稳定效果表现为铁猛氧化物结合态和有机结合态的增加;而石膏对铜的稳定效果还表现为残边态的增加。另外,两种稳定剂处理后襟的残值态有所降低,说明银的有效态含量增加,潜在的环境风险有所增加,由此也可说明两种稳定剂对操的稳定效果不甚理想。

　　5.4本章小结

　　(1) 0.2mol/L的枝檬酸和0.05mol/L的EDTA在淋洗过程中会不同程度地去除土壤中的Fe、Ca、K等阳离子,两种淋洗剂第一次淋洗对三种阳离子的去除量几乎都比第二次淋洗要高,尤其是对Fe的去除量显着高于Ca和K。建议淋洗一次时,采用0.2itio1/L的梓檬酸,可以较少的去除土壤中的Fe;淋洗1次时,先用0.05mol/L的EDTA先洗lOh,再用0.2mol/L的梓檬酸洗8h,可以实现对Ca和K去除量的最小化。

　　(2)水泥固化处理后土壤的强度均发生了较大的改变。其中,泥土比为5:5时,固化体的抗压强度为6.9MPa,满足《固化类路面基层和底基层技术规程》(CJJ/T 80-98)中的固化类混合料的强度标准,即既能用于基层的铺设,也能用于底基层的铺设,既能用于城市快速路和城市主干路的铺设,也能用于城市次干路和支路的铺设,可以实现污染土壤固定化修复后的资源化利用。

　　(3)石膏和竹炭稳定化处理均使土壤中的铜镍形态发生了改变,其中可交换态均大量降低。具体为,对铜的稳定效果表现为有效态的降低及残渣态的增加,其中有效态由67.09%分别降到了 66.41%和55.88%,残渣态由32.91%分别增加到了 33.59%和44.12%,潜在风险有所降低。对镍的稳定效果表现为有效态的增加及残渔态的降低,其中有效态由61.41%增加到了 63.39%和63.90%,残澄态由38.59%降低到了 36.61%和36.10%,潜在风险有所增加。说明石膏和竹炭可以较好的稳定土壤中的铜,而对线的稳定效果较差。