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以梁滩河河道底泥为研究对象,对不同监测断面39个底泥样品的重金属含量及分布进行了测定,同时选取其中5个底泥样品,利用纳米铁粉对底泥中重金属进行了稳定化处理,并通过X射线衍射仪(XRD)对其稳定化机理进行了探讨.研究结果表明,梁滩河底泥已经不同程度地受到了Cu,Pb,As,Zn,Cd,Cr等重金属的污染,其中As的污染程度最严重,最高值达到了土壤背景值的110倍.添加纳米铁粉稳定化试剂后As,Zn,Pb,Cr,Cu,Hg等重金属的浸出浓度都得到了较大程度的降低;XRD分析结果表明,添加纳米铁后,重金属的化学
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第
41
卷第
10
期
2013
年
10
月
同济大学学报(自然科学版)
Vo
l.
41
No.10
Oct.
2013
JOURNAL
OF
TONGJI
UNIVERSITY(NATURAL
SCI
四
CE)
文章编号:
0253-37 4X(2013) 10-1519-07
四
JI:
10. 3969
/j.
issn. 0253-374x. 2013. 10.012
三峡上游支流梁滩河底泥重金属分布及稳定化
柴晓利
1
,
2
,侯琳琳1,
2
(1.同济大学环境科学与工程学院,上海
200092;
2.
同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海
200092)
摘要:以梁滩河河道底泥为研究对象,对不同监测断面
39
个
底泥样品的重金属含量及分布进行了测定,同时选取其中
5
个底泥样品,利用纳米铁粉对底泥中重金属进行了稳定化处
理,并通过
X
射线衍射仪
(XRD)
对其稳定化机理进行了探
讨.研究结果表明,梁滩河底泥已经不同程度地受到了
Cu
,
Pb
,As,Zn,
Cd,
Cr
等重金属的污染,其中
As
的污染程度最
严重,最高值达到了土壤背景值的
110
倍.添加纳米铁粉稳
定化试剂后,
As
,
Zn,
Pb
,
Cr
, Cu,
Hg
等重金属的漫出浓度都
得到了较大程度的降低
;XRD
分析结果表明,添加纳米铁后,
重金属的化学形态由游离态转变为稳定态是重金属漫出浓
度降低的主要原因之一.
关键词:底泥;重金属;漫出毒性;稳定化
中图分类号:
X522
文献标志码
:A
Heavy Metal
Di
stribution and Stabilizing
Effects Mechanism of Liangtan River Sediments
α
且
IX
仰。
li
1
•
2
,
HOU
Linlin
1
•
2
(1.
College
of
Environmental
Science
and
En
gineeri
鸣,
Tongji
University
,
Shanghai
200092
,
China;
2.
State
Key
La
boratory
of
Pollution
Co
ntrol
and
Resources
Reuse
Re
能
arch
,
Tongji
University
,
Shanghai
200092
,
China)
Abstract:
This paper presents a study of Liangtan River
sediments to measure heavy metal contents and distribution in
39
sediment samples of different monitoring sections. Nano-
优
ale
iron was
ch
。由
en
to determine its effects on heavy metal
stabilization in five contaminated sediment, and its
stabilization mechanism was analyzed by
X-
Ra
y Diffraction
(XRD). The results show that the sediments in Liangtan
River are polluted by
Cu
, Pb,
As
,
Zn
,
Cd,
Cr.
As
is
polluted
the most severly, the highest value reaches 110 times of the
soil background value. Af
ter
adding
nano
剖
ale
iron, the
concentrations of
As
,
Zn
, Pb, Cr,
Cu
,
Hg
are highly
reduced.
XRD
analysis shows that the chemical form of heavy
metals changing from the free state
ωsteady-state
is
one of
the main reasons for the reduction of the leaching toxicity
收稿日期:
2012-09-25
after adding
nano-
配
ale
iron.
Key words: sediments; heavy metal; leaching toxicity;
stabilization
梁滩河发源于重庆市九龙坡区自市驿廖家沟水
库,是三峡水库库尾的一条主要次级河流,流经重庆
市九龙坡、沙坪坝、北暗
3
区的
15
个集镇,干流长
88
km
,流域面积达
49
1.
27
km
2
,共有
55
条支流.长期
以来梁滩河沿岸环境基础设施薄弱,由于长期受乡
镇生活垃圾、生活污水、禽畜养殖及农业面源等污染
的影响,梁滩河流域水体污染程度逐年加剧,曾经清
澈透明的"母亲河"成了一条腥臭难闻、黑水横流的
"排污沟",特别是河流中的重金属在随水流的迁移
过程中,其负荷量超过搬运能力,最终进入底泥.因
此,底泥成为梁滩河重金属的主要蓄积库和归宿,重
金属不能被生物降解,且具有生物积累的特性,可以
通过水体食物链产生生物富集和浓缩效应,最终影
响到沿岸居民的生产、生活和身体健康.因此如何有
效地对底泥中的重金属稳定并实现资源化利用具有
重要的理论和实际意义.
底泥的重金属稳定化技术包括水泥固化技
术[1
J
、石灰固化技术团、药剂稳定化技术[叫等.
Alberto
coz
等
[5J
研究发现采用水泥作为固化剂,可
以有效降低重金属的浸出毒性.孙颖等
[6J
利用石灰
来固化污泥中的重金属,试验结果表明加入质量分
数为
10%~20%
的石灰可将污泥中的
Zn
稳定,榕
出率小于
10%
,其形态由不稳定态转化为稳定状态,
榕出量低于污泥农用标准.
Wong
等
[7J
研究工业污泥
和生活污泥用于酸性土壤时也发现用石灰添加到污
泥中可以有效地减少重金属的浸出率.
Knox
等
[8J
研
究发现,磷酸盐矿石特别是磷灰石可以与土壤中重
金属离子形成复杂的化合物,可以有效清理土壤重
第一作者
z
柴晓利(1
968-)
,男,教授,工学博士,主要研究方向为固体废物处理与资源化.
E-mail:
xlchai@tongji.
ed
u.∞
1520
同济大学学报(自然科学版)
第
41
卷
金属污染.
Basta
等
[9J
认为利用磷酸氢二绩进行重金
属的固定化最为有效.
Garcia
等问研究表明,蒙古土
可因其吸附作用而降低底泥中
Cd
,
Cu
,
Zn
的浸出浓
度,但
Zn
,
Cu
的浸出浓度减少率仅为
8%~37%
,而
研究表明
Fe
2
03
及
Fe(OH)3
可因其吸附作用有效
降低底泥中
Cd
,
Cu,
As
等的浸出浓度达
40%~
55%.
Enzo
等问发现由于红泥、棕闪粗面岩等含有
铁和铝氧化物的碱性矿物可有效降低底泥中
Cd
,
Zn
,
Pb
,
Cu
等重金属的浸出浓度,而红泥因其更高含
量的铁铝氧化物可更有效地降低重金属的浸出浓
度.
石灰、水泥等固化剂对底泥中的重金属的固化
效果单一,在多种金属同时存在的情况下,只对个别
重金属,如
Zn
,
Cu
,有较好的稳定化效果.纳米氧化
铁可有效降低
Cd
,
Zn
,
Pb
,
Cu
等重金属的浸出浓度,
其浸出毒性降低效率可达
60%
以上,而石灰、水泥等
固化剂对个别金属的浸出浓度降低效率仅在
30%
左
右.此外与石灰、水泥等固化剂相比,纳米铁由于添
加量小,在使底泥元害化的同时,污泥增容比较小.
本文在对梁滩河底泥中重金属的含量及分布进
行详细调查分析的基础上,得到梁滩河底泥中重金
属的污染状况,并采用底泥中添加纳米铁粉稳定化
试剂的方法对底泥中的重金属进行固化以降低底泥
中重金属的浸出毒性,为底泥的资源化利用提供有
效的方法.
1
材料与方法
1.
1
样晶采集及预处理
(1)样品采集.根据梁滩河的水文条件、排污口
分布及支流汇水状况等在梁滩河全程布置了
9
个监
测断面,采样点分布如图
1
所示,并按照上游至下游
的顺序进行编号,其中
R
1
为梁滩河右支的源头、
R
2
为河流进入机场和自市译镇前、凡为河流结束自市
译镇段
,
R4
为旁边机场段河流结束处且在汪家坝之
前
,
R5
为汪家坝中段与
X319
道路交汇处、凡为黄
角嘴段结束处、
R7
为成渝高速公路旁进入含谷镇之
前
,
R8
为含谷镇段河流结束处、凡为远离上游污染
源,作为消解断面.使用北京新地标公司的
XDB0202
型沉积物采样器,在各监测断面采集多年
淤积河沙下
30~50
cm
的底泥,并每
5
cm
对底泥样
品进行分层.每个断面采
6~8
个点,共制备底泥样
本
39
个,底泥样本按监测断面的顺序依次编号.
(2)
稳定化处理.将底泥样品烘干后研磨并混合
29.9
'R9
29.8
且
E
山
辟安
呵
/-Aυ
99
匀,年?年
Mm
剧
29.5
29
.4
106
.4
106.5 106.6 106.7 106.8 106.9
纬度
图
1
梁滩河沉积物采样点分布
Fig.l
Sampling points profile of Liangtan River
sediments
均匀,向
100
g
底泥样品中添加
60
ml
纳米铁粉试
剂,搅拌均匀后避光放置
20
d.
1.2
稳定化试剂选择
试验所用稳定化试剂含有质量分数为
10%
纳米
铁粉的榕剂,该榕剂由美国
Toda
公司生产,其中,纳
米铁粉的结晶相包括
α-Fe
以及
Fe
3
04
,颗粒平均粒
径为
70
nm
,平均活性表面积为
30
m
2
•
g-l
,纳米铁
粉中的
Cd
,
Pb
,
Cr
H
,
Hg
,
Se
等杂质的含量远低于环
境质量标准.
1.3
分析方法
(1)重金属形态测定:取
100
mg
干固体至聚四
氟乙烯埔塌内,加入
4
ml
质量分数为
65%
浓硝酸、
2
ml
质量分数为
40%
氢氟酸和
2
ml
质量分数为
30%
过氧化氢进行消解.待固体消解完全后,将消解液转
移至
50
ml
量筒进行定容.重金属浓度测定采用美
国
PerkinElmer
产
Optima
2100
DV
等离子体发射
光谱仪.同时,取
80~100
mg
干固体至样品舟内,放
人
DMA-80
直接京分析仪(意大利
Milestone
Sr
1.公
司生产)进行测定即可直接得知底泥中求含量.
(2)
底泥样品中重金属的浸出毒性试验参照文
献
[12J
中的方法进行.根据样品的含水率,按液固比
为
20
L
、质量为
1
kg
计算所需浸提剂的体积,加入
浸出液进行振荡浸出.
(3)
底泥样品添加稳定化试剂前后重金属结构
的变化:将底泥样品烘干磨匀后过
120
目筛,用
D8
Advance
X
射线衍射仪
(Bruker
AXS Inc. ,
Germany)
进行分析.管压
40
kV
,管流
40
mA,扫描
速率
0.2
0
's-
1
•
衍射图谱使用岛在
DIJade
5.0
软件进
行分析.
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