新型复合稳定化材料对污染土壤中砷形态变化的影响

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摘要：摘要 [目的]比较不同配比材料对土壤中砷的稳定化效果，获取优化配方和参数。[方法]通过4因素3水平正交试验条件比较硫酸-硝酸法浸出砷的浓度。[结果]最佳复合材料配方为硫酸亚铁∶腐殖酸∶凹凸棒土∶石灰的比例为3∶1∶1∶1或3∶1∶2∶ 对As浸出率的贡献影响因素排名分

　　摘要 [目的]比较不同配比材料对土壤中砷的稳定化效果，获取优化配方和参数。[方法]通过4因素3水平正交试验条件比较硫酸-硝酸法浸出砷的浓度。[结果]最佳复合材料配方为硫酸亚铁∶腐殖酸∶凹凸棒土∶石灰的比例为3∶1∶1∶1或3∶1∶2∶ 对As浸出率的贡献影响因素排名分别是硫酸亚铁>腐殖酸>凹凸棒土=石灰。 [结论]结果可为类似污染土壤修复提供依据。

　　关键词 复合材料;稳定化;砷;土壤;浸出

　　随着社会经济的高速发展、工农产业不断升级，土壤污染也成为世界范围内的重大环境问题。据《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤污染主要为无机污染，其中As占比2.7%。As在自然界中主要以As (Ⅴ) 和As(Ⅲ)形态存在。As具有剧毒且致癌，而且在环境介质中都具有很高的迁移性，极易发生淋溶迁移，进入水体、动植物体内，进而危害人体健康[1-3]。

　　与其他多种土壤污染修复方法相比，化学稳定化技术具有成本低、见效快、可操作性强等特点，在重金属污染土壤修复方面应用广泛。常用于As的稳定化药剂包括铁化合物(铁单质、氯化铁、硫酸亚铁)、部分有机质及其改性衍生物(腐殖酸、生物炭)、黏土矿物类(凹凸棒、蒙脱石)等，其修复原理是通过施用稳定化药剂改变As在土壤中的赋存形态，降低As在环境中的迁移性和生物有效性，从而达到修复的目的[4-8]。梁婷等[9]使用改性生物炭处理As污染土壤，当使用量达到10%时，对土壤中有效As的稳定化效率达到95%。周海燕等[10]研究了铁锰材料对As的稳定化效果，铁锰材料在淹水条件下表現出较好的稳定效果。

　　与单一的修复材料相比，复合材料在处理复杂重金属污染土壤上具有较大的优势，且具有更好的稳定性、持久性。该文通过比较不同配比材料对土壤中的砷的稳定化效果，以正交试验获取优化配方和参数，指导后续类似污染土壤的修复。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验材料 硫酸亚铁：FeSO4·7H2O，含量>99.1%，购自杭州本地经销商中地净土;腐殖酸：腐殖酸钾，腐殖酸(干基计)≥55%，来自中国矿业大学(北京)实验室;

　　凹凸棒土：SiO2含量>55%，购自河北盛益矿业;生石灰，CaO含量>95%，购自杭州本地经销商中地净土。供试土壤来源为浙江某退役工业场地，基本理化性质：pH 9. 颜色为黄棕色为主，土壤质地为粉砂土壤，有机质含量为4.5%，As、Fe、有效砷、SO42-、PO43-含量分别为361、3 000、46.2、220、4 200 mg/kg。

　　1.2 试验方法 在前期研究的基础上，对筛选出的4种材料组合进行不同用量的正交试验，筛选出较好的材料组合。正交试验设置为4因素3水平试验，如表1所示。

　　修复材料为表1中的不同组合9种材料，污染土取自某退役钢铁厂重金属污染土土堆，自然风干后去除大块砾石过5 mm筛孔并搅拌均匀。称取5 kg污染土置于试验桶中，随后按照2%添加量添加一定的材料，将材料和土壤搅拌混匀。同时设置空白对照CK，搅拌均匀后密封保存，在反应第7天取样。样品冻干，冻干后过筛，研磨至100 目。

　　浸提方法： 称取100 g样品，置于2 L提取瓶中，根据样品的含水率，按液固比为10∶1(L/kg)计算出所需浸提剂的体积，加入pH(3.20±0.05)的浓硫酸和浓硝酸混合液(质量比为2∶1)稀释后的浸提剂，盖紧瓶盖后固定在翻转式振荡装置上，调节转速为30 r/min，于25 ℃下振荡20 h。过0.5 mm滤膜，用稀硝酸淋洗过滤器和滤膜，弃掉淋洗液，过滤并收集浸出液，于4 ℃下保存，ICP-MS检测[11]。

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