钒及伴生重金属污染土壤的低分子有机酸淋洗技术研究

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中国是世界上钒资源产业的重要参与者,而由于钒矿冶炼的粗放带来的场地重金属污染问题也较为严重。本研究对某钒矿渣污染场地进行了详细的场地调查,并考察了在异位振荡淋洗以及模拟原位柱淋洗两种方式下低分子有机酸对污染土壤重金属去除效率的影响。主要研究成果和结论如下:钒矿渣污染场地土壤中V、Cr、Cu、Mn、Zn和Pb的含量平均值分别为931、721、279、223、163和11 mg/kg。单因子污染指数和Nemerow综合污染指数的分析结果表明,场地86.8%的点位属于重度污染,污染重金属类型主要为V、Cr、Cu和Zn。土壤中这4种重金属含量呈显著正相关关系。在异位振荡淋洗方式下,草酸、丙二酸、酒石酸、苹果酸以及柠檬酸对V、Cr、Cu和Zn的去除效率较高,结合土壤重金属形态分析结果可以发现,其去除效率与重金属可提取态比例相当,这一比例分别为63.5%、7.0%、36.3%和20.2%。影响低分子有机酸重金属去除效果的因素主要是其酸性强弱,螯合性的作用并不十分明显。在pH≈1的强酸性条件下,9种低分子有机酸对重金属的去除效率均能达到最大的可提取比例;在pH≈6的偏中性条件下,都几乎无法淋洗去除重金属。在pH≈3的弱酸性条件下,螯合性更强的二元酸和三元酸对重金属的去除效率比一元酸高。低分子有机酸淋洗剂的最佳浓度范围在0.1 mol/L以上。将淋洗剂的初始pH值上调至3,相比未调节时重金属去除效率下降幅度低于5%,而淋洗液的pH值从0.7~3.3上升至2.9~3.4。在模拟原位柱淋洗条件下,经过5次淋洗后柠檬酸对V、Cr、Cu和Zn的累积去除效率均能达到最大可提取比例。将淋洗剂初始pH值调控至弱酸性,或酸洗后采用去离子水进行辅助水洗,最终重金属累积去除效率未见明显降低,而淋洗液的pH值以及淋洗后土壤的pH值则分别从2.1~3.1和2.7~3.9上升至3.2~4.3和4.9~6.1,说明淋洗剂初始pH值调控和酸洗后辅助水洗这两种手段在保证重金属去除率的前提下,还可有效减轻低分子有机酸对淋洗液以及土壤的酸化作用。低分子有机酸淋洗后土壤的水解性氮含量、速效钾含量以及阳离子交换量分别降低51.8%~86.4%、73.1%~91.0%和10.3%~65.3%,但有效磷含量会比原土增加0.5~12.0倍,这可能是由于低分子有机酸对土壤中非有效磷的活化作用;同时低分子有机酸及其盐在土壤中的残留也会使土壤有机质的含量增加0.9~15.3倍。
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