重金属污染土壤原位化学固定修复效果评价.doc

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1、3.重金属污染土壤原位化学固定修复效果评价批处理实验TCLP柱实验单一提取实验室评价形态分级序列提取SEM,XRD,DGT,FESEM,SIMS评价释放植物毒性环境风险实地局限性应用评价农产品质量和数量质量经济效益投入成本3.1实验室评价3.1.1批处理和柱实验　批处理和柱实验是用来评估金属元素在土壤中可提取性和淋溶性最为普遍的方法。首先，批处理实验能帮助筛选出固定效率最高的物质。其次，批处理实验能最快获取可提取性重金属浓度的信息。土壤中可溶出的重金属浓度的降低能直接描述外源物质的固定效果。在批处理实验中毒性特性溶出试验(TCLP)是用来检测固体、水体和不同废弃物中金属元素迁移性

2、和溶出性的典型方法。在批处理试验中，通常可以用以下方法评估固定剂的效果：式中，K为固定效率；Cap为固定剂固定容量；Ce为污染土壤固定平衡后单一金属元素的可溶出浓度(mg·L-1)；Ci为污染土壤固定前单一金属元素的可溶出浓度(mg·L-1)；V为浸提液的体积(L)；W为固定剂量（g）。通过计算结果，具有较高的固定效率和容量值的固定剂能进一步在实地中进行运用。在毒性特性溶出试验中，强化溶出实验也常用于进一步研究污染金属元素在固定物质中的行为。实验过程与毒性特性溶出试验相同，在原来浸提的基础上，剩余的残渣再用浸提剂重复提取，以达到充分溶出的效果。柱实验模拟污染物从表层土壤到底层土壤

3、淋溶迁移的过程，从另一侧面描述了土壤重金属的环境行为和对地下水的危害。由不同浸提剂连续淋溶自然或人工模拟土柱，通过淋溶液和土壤不同深度重金属浓度变化的详细情况,确定固定剂对重金属固定的效率。3.1.2形态分析　在形态分析过程中，单一和序列提取是两种常用的基本方法。可依据不同研究目的，选择这两种方法。用中性盐或弱酸浸提剂对土壤中重金属进行单一提取，可以快速评估固定后的重金属在土壤中可浸提或溶出的浓度。序列提取可用来研究重金属在土壤中形态分布比例以及各种形态与土壤组分或固定剂之间的关系。用不同溶剂组合进行提取，使与土壤组分结合的不同形态的重金属释放出来。对于经过固定物质固定后的浸提，

4、可以明确重金属在土壤基质中的形态分布以及可被溶出的能力。在现有许多重金属形态分级的实验方案中，Tessier等的连续提取方案被广泛运用。3.1.3显微检测　通过分析土壤中重金属在固定前后微观结构上的变化，可以发现固定物质与重金属之间的相互作用以及所形成复合物质的构像。扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)常用来测定新物质的形态。阐述由于不同固定物质引起重金属离子的吸附机制，同时结合连续提取的结果，发现固定后各种形态分布比例的变化。用来研究固定化反应机制和反应产物的方法还包括其他类型。中子活化分析(NAA)，X-射线荧光分析(XRF)和X-射线电光子分光光谱(XPS)常用来对土壤

5、重金属全量及形态进行定量研究。原位发射扫描电镜(FESEM)用于检测离散颗粒的结构和形态，扫描传输电镜和X-射线微量分析(STEM-XRM)、二次离子质谱(SIMS)和X-射线光电光谱常用来确定晶体形态及固定物质表面无定型结构物质的形态和丰度，离散梯度薄膜技术(DGT)用来检测从土壤固体组分中扩散到土壤溶液中金属离子的流量。3.2应用评价3.2.1释放评价　在不同的环境胁迫(如风化、淋溶、老化和生物降解)下，重金属元素将在一定程度上不可避免地从固定合成的物质中释放出来。目前，对于金属元素怎样从固定废弃物中释放出来的机制还没有得到完整的阐述。实地评估中人们常用体积扩散和原核收缩(S

6、UC)描述金属离子的释放。许多基于水泥淋溶特性的研究表明，体积扩散是污染物再次释放的主要动力。用于描述释放的体积扩散模型是在Fickian扩散理论基础上演变而来的：式中，De为有效扩散系数(cm2·S-1)，C为污染物浓度(g·cm-3)，t为时间(s)，x为距离(cm)。体积扩散模型不能阐述在淋溶过程中酸度的影响，也不能准确评估长时间的淋溶过程。Baker等[3]认为，污染物淋溶的发生主要是因为固定后的物质表层的溶解，导致污染物从淋溶壳中溶解并释放出来。原核收缩模型能够更好地描述污染物释放的过程。模型中的释放潜力因子(potentialreleasefactor)能用来评估金属

7、离子从固定样本中的释放效率。其中，PRF为释放潜力因子，De，s为有效扩散系数(cm2·S-1)，fmo为可滤取系数，Cm固体污染物浓度(mol·cm-3)，βc为酸中和能力(kmoleq·m-3)。这个模型的局限是在淋溶液呈中性或碱性时，由于体积扩散起主导作用使评估的精确性受到影响。3.2.2植物毒性评价　通过栽种植物的方法，是评估原位修复效果的最有效方法。通过植物组织中重金属浓度的变化，以及植物生物数量和质量状况，可以表征经过固定修复后土壤中重金属毒性的变化。大多数金属离子被