汞污染农田土壤低温热解处理性能研究

2 结果与讨论

2.1热解温度对土壤汞去除率的影响 从图2可以看出，3批土样热解温度越高土壤汞的去除率越高，这是由于土壤中存在部分易挥发形态的汞，且随着温度的升高部分难降解形态的汞也会分解为气态汞，从土壤中分离出来。

从图2还可以看出，在同一温度下，3组土样的汞去除率的变化是：土样3>土样1>土样2，而热解前土壤总汞含量的关系也是土样3>土样1>土样2，这是因为低温热解法比较适合处理土质松软，且汞污染较为严重的土壤。此外当温度从250℃上升到300℃时，3组土样汞去除率均上升很快，如土样1在300℃时汞去除率约为250℃时的2.57倍，2号和3号土样相应2.63和2.16倍，这说明随温度的升高，土壤汞的减少趋势十分明显，更进一步验证温度是低温热解处理汞污染土壤的一个重要因素。从300~350℃汞去除率的变化量虽然也比较大，但较之300℃以前已经明显趋缓，约上升了10%~15%。当温度为350℃时，3组样品的去除率均达到了90%以上。持续升温去除率随温度变化已经不明显，且会消耗更多的电能，更有资料显示温度越高对土壤的理化性质的破坏程度也越大，350℃可以保留土壤大部分的原有性质，若辅以适当的肥水管理和种植措施，可以使污染土壤逐步恢复生产力[9]。因此350℃的处理结果已经达到了处理目标的要求，故可将350℃ 作为该地区土壤低温热解处理的最适宜温度。

2.2热解时间对土壤汞去除率的影响低温热解处理汞污染土壤时，除了处理温度是一个关键因素以外，处理持续时间也是一个不容忽视的因素。

从图3可以看出，处理时间越长，汞的去除率越高。3批土样的处理时间在10~40min之间时，汞去除率的变化均呈现出快速上升的趋势，从45%上升到75%左右。30~90min处于一个缓慢上升期，整个过程仅上 升了15%。 90min时，去除率已经达到90%以上。90min之后，去除率变化不大，120min时与90min处理效果相比，仅上升了不到2%。当处理时间相同时，3批土壤的处理效果也大致相同，但也略有差别，前40min3组汞去除率虽都呈大幅上升状态，但表现出的关系是：土 样3>土样1>土样2，这主要是因为前40min土壤骤然受热，使土壤中易挥发态的汞快速挥发出来，表现出土壤中汞含量越高去除率越大。40min之后3组土壤汞的去除率基本持平，这是因为后半段去除的是难降解和残渣态的汞，由于残渣态比较稳定，会随着时间缓慢地挥发出来，故去除速率减缓。

综上可以看出，处理时间对于低温热解去除土壤中的汞来说，也是一个相对比较重要的影响因素，在整个处理过程中，汞的去除率随时间变化明显。当处 理持续时间达到90min时，土壤汞的去除率已经达到90%以上，故可将90min作为热解的最适时间。2.3土壤含水率对低温热解法处理土壤汞的影响 土壤含水率高，水汽蒸发的过程便会消耗部分热量和时间，进而影响热解去除土壤中汞的效率。

由图4可以看出，随着土壤含水率的升高，土壤汞的去除效率越来越低。3批土样的含水率分别从5%升至13.8%时，土壤汞的去除率的变化不大，且变 化规律较为相似，可以看出随着含水率的升高， 3种浓度土样汞的去除率均略有下降。当土壤含水率从13.8%上升到24.6%时，汞的去除率随土壤含水率的下降过程十分明显。之后汞去除率随着土壤含水率的变化趋缓。此外，从图4还可以看出，若直接使用新鲜的土壤，其处理效率也达到60%以上，效果也比较明显。

从整个处理过程来看，土壤含水率对热解法处理 汞污染土壤的效果具有一定的影响，也是一个较为关键的因素。试验结果说明在实际应用时，新鲜土壤先采用自然风干或者动力烘干等方式去除一定含水量后再进行热解处理有助于汞去除率的提高，但也无需处理得特别干燥，这有助于节约时间和成本。

2.4热解过程中土壤汞的形态变化 研究土壤汞含量通常测定的是土壤的总汞含量，但是总汞含量并不能完全作为汞对环境影响的依据，因为不同形态的汞具有不同的迁移性、生物有效性和毒性，这也是选择修复方法的关键。汞及其化合物的迁移性和毒性可以简单归纳为下面的顺序：水溶态>可交换态>腐殖酸结合态>有机质结合态>残渣态。

本实验的受试土壤为3号样品，采用连续化学浸提方法[9]对样品中的汞进行形态分析，所得结果如下：水溶态为0.67mg/kg， 交换态含量为1.26mg/kg，碳酸盐和铁、锰氧化物结合态为0.96mg/kg，腐植酸结合或络合态为0.96mg/kg，易氧化降解有机质结合态为2.45mg/kg，难氧化降解有机质结合态为95.11mg/kg，残渣态156.84mg/kg，不同形态汞所占的比例为：残渣 态(60.73%) >难氧化降解有机质结合态(36.83%)>易氧化降解有机质结合态(0.95%)>交换态含量(0.49%)>腐植酸结合或络合态(0.37%)=碳酸盐和铁、锰氧化 物结合态(0.37% )>水溶态(0.26%)。由此可以看出，其中残渣态所占比例最大，是该区土壤中汞的主要存在形态。这与朱小翠等[10]，依艳丽等[11]在不同介质中汞赋存形态的研究成果相似。