刘国;余雯雯;陈春梅;何娟;赖学明
【摘 要】The curing agent Cement and stabilizer limestone and fly ash can be respectively added into chromic-contaminated soil to conduct the experiment of remediation,in which the effects of curing time(5,7,14,21,28 d)on leaching concentration of Cr(VI)were investigated,on the basis of optimum curing time,the simulated remediation of contaminated soil was researched by analysing the effects of curing agent,stabilizer,reducing agent FeSO4· 7H2O,Na2S·9H2O and Na2SO3in different addition amount on lixiviate consistency of Cr(VI)and also the orthog-onal experiment was carried out to obtain the optimal remediation technology.The results indicated that,with the in-crease of curing time,the leaching concentration of Cr(VI)decreased and approximately 99.4% ~99.9%,64.3% ~99.2%,3% ~76.2% of Cr(Ⅵ)was removed by cement,limestone and fly ash respectively during 28 days. On the 28th day,the leaching concentration of Cr(VI)reduced to the target value 45.37mg/kg of surface soil remediation with the increase of amount of cem
ent,limestone,fly ash,FeSO4·7H2O,Na2S·9H2O and Na2SO3. The orthogo-nal experiments suggested that 200 g cement,100 g lime and 1.75 times theoretical dose of ferrous sulphate(FeSO4) should be required for the optimal remediation of per 200 g contaminated soil. According to relevant analysis,the so-lidification and stabilization of chromic-contaminated soil can be achieved by using cement and lime,in which Cr (VI)can be reduced to Cr(III)with lower toxicity by ferrous sulphate(FeSO4),so that the remediation can be ac-complished.%采用室内模拟试验的方法,研究使用水泥为固化剂,石灰、粉煤灰为稳定剂,FeSO4·7H2O,Na2S ·9H2O,Na2SO4为还原剂时,不同养护时间(5,7,14,21,28 d)、固化剂/稳定剂/还原剂不同添加量对铬污染土壤中六价铬浸出浓度的影响,来模拟对某铬污染产地的修复情况;并进行正交试验,得出最佳修复工艺.结果表明,随养护时间增加,添加固化剂、稳定剂可以固化/稳定化土壤,降低铬污染土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度,养护28 d期间,添加固化剂、稳定剂的土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度分别降低了99.4% ~99.9%,64.3% ~99.2%, 3% ~76.2%.在养护28 d时,随固化剂、稳定剂、还原剂的添加量增加,固化、稳定、还原效果相应增强,土壤Cr(Ⅵ)浸出浓度达到场地表层土壤的修复目标值45.37 mg/kg.正交实验表明最佳修复工艺为每修复200 g污染土壤,添加200 g水泥,100 g石 灰,1.75倍的理论反应量硫酸亚铁.相关分析表明,固化剂水泥、稳定剂石灰的使用能够固化稳定铬污染土壤的Cr(Ⅵ),还原剂硫酸亚铁能将Cr(Ⅵ)还原为毒性较低的Cr(Ⅲ),从而达到修复铬污染土壤的目的.
【期刊名称】《工业安全与环保》
【年(卷),期】2018(044)003
罗氏芬【总页数】5页(P68-72)
中国矿业114【关键词】铬污染;固化;稳定;还原;修复
【作 者】刘国;余雯雯;陈春梅;何娟;赖学明
【作者单位】成都理工大学环境与土木工程学院环境科学与工程系 成都610059;成都理工大学环境与土木工程学院环境科学与工程系 成都610059;成都理工大学环境与土木工程学院环境科学与工程系 成都610059;成都理工大学环境与土木工程学院环境科学与工程系 成都610059;成都理工大学环境与土木工程学院环境科学与工程系 成都610059
【正文语种】中 文
0 引言阈值电压
随着经济的发展，土壤重金属污染逐渐严重，其中铬污染土壤对自然环境和人体健康的危害尤其突出[1]，土地的开发再利用受到严重影响，因而控制和减少铬对土壤的污染，从而修复铬污染场地已经成为环境污染治理的热点问题之一[2]。铬在土壤中主要以三价和六价存在，六价铬毒性和活性都大于三价铬，也更易在孔隙水和土壤中迁移[3]，因此修复铬污染土壤的关键在于六价铬的处理。国内外土壤铬(Ⅵ)污染的修复方法包括化学处理、固化/稳定化处理、植物处理、微生物处理、电处理等等[4-7]。单一的修复技术往往达不到理想的修复效果，针对实际情况，常采用联合技术，其中固化/稳定化法是一种主要针对化工厂生产留下的铬渣的有效处理方式，可以原位或异位修复污染土壤[8]；化学处理技术在我国实际应用较多，是很有潜力的铬污染土壤修复技术；联合固化/稳定技术与化学氧化/还原技术修复铬污染土壤，具有很高的潜在可行性和广阔的应用前景。
本试验通过室内模拟实验，研究了添加固化剂、稳定剂后，养护时间对铬污染土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度的影响；在最佳养护时间下，分析不同添加量的固化剂、稳定剂及几种还
原剂对土壤Cr(Ⅵ)的固化/稳定还原效果，来模拟对某铬污染产地的修复，得出最佳修复技术方案，为联合固化/稳定与化学氧化/还原技术修复铬污染土壤的实际应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
供试土壤采自成都市成华区理工东苑附近的土壤，采样深度大于50 cm，样品过塑料筛去除其中异物，风干，研磨，待用。土壤的pH为8.13，含水率 11.29%，电导率 75.7 mS/cm，有机质6.96%。实验采用的固化剂为硅酸盐水泥，稳定剂为建筑用石灰、一级粉煤灰，还原剂为硫化亚铁(FeSO4·7H2O)、九水硫化钠(Na2S·9H2O)、亚硫酸钠(Na2SO3)。其中水泥、石灰、粉煤灰购自当地建筑工地，还原剂硫化亚铁、九水硫化钠、亚硫酸钠及配置铬(Ⅵ)污染土壤的(Na2Cr2O7)均为分析纯(AR)，购自成都市科龙化工试剂厂。
1.2 实验方法
先称量Na2Cr2O7固体溶于超纯水，再加入到所采土壤中，加水搅拌均匀后，配制成4 000
mg/kg的六价铬污染土壤样品。先设置3组实验，即向Cr(Ⅵ)污染土壤样品中分别添加固化剂水泥，稳定剂石灰、粉煤灰，每组实验重复3次，研究养护时间对固化稳定土壤中Cr(Ⅵ)的影响。查阅国内外文献确定固化剂水泥添加量为土壤质量的0%,40%,70%,100%,130%,170%,200%,300%，稳定剂石灰、粉煤灰添加量为土壤质量的0%,5%,10%,15%,20%,35%,50%,75%。称取200 g风干过20目筛的Cr(Ⅵ)污染土壤样品，分别按上述添加量向土壤中加入过100目筛的固化剂和两种稳定剂并混匀，控制水灰比在0.21～0.25之间。将已调节含水量的样品移至500 mL 锥形瓶中进行养护，养护过程用塑料膜密封瓶口以减少水分的流失。在养护5,7,14,21,28 d后，称取适量土壤样品，测试相应土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度，分析最佳养护时间。
在最佳养护时间下，设置6组实验，即改变Cr(Ⅵ)污染土壤样品中固化剂水泥，稳定剂石灰、粉煤灰，还原剂FeSO4·7H2O,Na2S·9H2O,Na2SO3的添加量，每组实验重复3次，研究固化剂、稳定剂、还原剂添加量对污染土壤中Cr(Ⅵ)的固化稳定还原效果的影响。固化剂、稳定剂的添加量同上，还原剂FeSO4·7H2O,Na2S·9H2O,Na2SO3的添加量为：与K2Cr2O7发生化学反应时(式(1)～(3))的理论反应量的0倍、0.5倍、1倍、1.5倍、2倍、2.5倍、3倍、4倍，实验过程同上，样品移至500 mL锥形瓶中搅拌15 min后，称取适量土壤样
品，测试不同添加量的固化剂、稳定剂、还原剂的土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度，分析模拟实验能否达到某铬污染场地的修复目标。根据固化、稳定和还原实验，筛选一定投加量下效果较好的固化剂、稳定剂、还原剂，进行三水平三因素正交试验，测定土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度，得出修复某铬污染场地的最佳工艺条件。
Na2Cr2O7 + 6FeSO4·7H2O + 7H2SO4Cr2(SO4)3+ 3Fe2(SO4)3+ Na2SO4+ 49H2O
(1)
4Na2Cr2O7 + 3Na2S·9H2O + 16H2SO44Cr2(SO4)3+ 7Na2SO4+ 43H2O
扩散方程(2)
Na2Cr2O7 + 3Na2SO3+ 4H2SO4Cr2(SO4)3+ 4Na2SO4+ 4H2O
(3)
1.3 测定方法
采用二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T 15555.5—1995)，使用火焰原子吸收分光光度计(GGS-9)对浸提液中的Cr(Ⅵ)浓度进行测试，实验过程用空白浸提液作为对照，所得测试数据为扣除空白后的结果。
院星航
2 结果与讨论
2.1 养护时间对固化/稳定化土壤中六价铬浸出浓度的影响
水泥养护时间对六价铬浸出浓度的影响如图1所示，由图可知，不同水泥添加量的样品中的六价铬浸出浓度随养护时间的增加均有所降低，其中添加600 g的固化效果最明显，Cr(Ⅵ)的浸出浓度降低最多。铬污染土壤添加固化剂水泥养护28 d后，六价铬浸出量分别降低了99.4%，99.6%，99.8%，99.8%，99.9%，99.9%，99.9%，平均浸出率为99.7%。在养护5 d后，添加不同量的水泥的六价铬浸出量均降低了90%以上，原因可能是随养护时间增加，硅酸盐水泥中的铝酸三钙、硅酸二钙、硅酸三钙以及铁相固溶体水化反应生成水化硫铝(铁)酸钙固溶液、水化铝(铁)酸钙、水化硅酸钙、氢氧化钙及其固溶液，而Cr6+在水泥水化过程中被包裹在生成的水化产物中或吸附于水化产物的表面[9]，从而实现控制土壤中的铬扩散的目的。而且水化反应能增加污染土的pH值，使铬的形态由可溶态转化为不溶态，
发生化学稳定作用。随着水化反应的充分进行，养护到14 d时，样品中六价铬浸出浓度急剧降低，随后六价铬浸出浓度趋于平缓；这可能是水化反应达到了最大程度，被包裹或吸附的Cr6+达到了较大值，逐渐趋于饱和，因此14 d后铬浸出浓度趋于平缓，在养护21 d和28 d时，六价铬的浸出浓度相差不大，趋于稳定。
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