汞污染农田土壤的化学稳定化修复

2 结果与讨论

2.1 稳定剂种类对稳定效果的影响

本研究中所用的5 种稳定剂稳定效果如表2 所示。其中,稳定效率的计算方法如公式( 1)所示。

式中:CO 为稳定前土壤浸出液中汞离子浓度;Cs 为稳定后土壤浸出液中汞离子浓度。

5 种稳定剂中NagS 的稳定效果最好，对1号土和2 号土的稳定效率均达到90% 以上。根据《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB 5085-2007 )，录的浸出毒性标准为0.1mg.L，对于1号土,空白样的浸出浓度本来就低于标准值,经过硫化钠稳定后浸出浓度儿乎为零,而其他4 种稳定剂没有起到稳定化作用，可能是由于土壤中突然加人酸性或碱性稳定剂，突然改变了原有的土壤环境,Hg 的浸出浓度反而增大,在FeS.CaO、黄铁矿+ CaO 的作用下浸出浓度甚至超出标准值，后期通过改变稳定剂用量，可进一步研究不同稳定剂对1号土稳定效果的影响趋势究竟是怎样的。对于2 号土来说,空白样的浸出浓度为0.812 mg.L-'，是标准值的8 倍以上，但在硫化钠的稳定作用下浸出浓度降低到0.071mg.L-',FeS、CaO、黄铁矿+ CaO 这3 种稳定剂均起到一定的稳定化作用,但浸出浓度均未达标，而黄铁矿的使用反而使土壤汞的浸出毒性有所增加,这可能是由于2 号土本身呈酸性,在较小量的黄铁矿的作用下，不仅没有生成硫化物,还进一步增加了土壤酸性所致。但整体来看,这5 种稳定剂对2 号土的稳定效果优于1号土,可能是因为2 号土有机质含量较高,阳离子交换量较大,稳定剂在2 号土中的反应更剧烈,更有效所致。综上所述,对于1号土和2 号土,5 种稳定剂中NagS 是最有效的稳定剂。

2.2 稳定剂用量对稳定效率的影响

对于1号土( 图1(a) ),5 种稳定剂的稳定效率随投加量的变化情况并不相同。当以NagS.CaO.黄铁矿+CaO 为稳定剂时,随着药剂投加量的增加，稳定效率整体呈上升趋势,但其中只有NagS 的稳定效率一直维持在80% 以上,CaO、黄铁矿+ CaO 开始的稳定效率均为负值( 即浸出浓度高于空白样浸出浓度)，直到CaO 的投加量达到土壤质量的1.5% 时，稳定效率才变为正值( 浸出浓度开始低于空白样浸出浓度)。而黄铁矿的稳定效率随着稳定剂量的增加从5.95%一直下降到了-5.95%。FeS 的稳定效果很不稳定,稳定效率随着投加量的增加先降低再升高，这可能是由于在土壤中添加FeS 的过程中，土壤PH 略有升高，土壤呈弱酸性,使Hg 的浸出毒性有所增加,但随着稳定剂添加量的增加,硫离子与土壤中的汞形成稳定的HgS 沉淀，且这种作用逐渐超过酸化作用,使得浸出浓度开始降低，稳定效率上升。对比五种稳定剂-1针对1号土的化学稳定来说，只有NapS 是较好的稳定剂,在Na,S 的稳定下浸出浓度降低至0.02 mg.L以下。

对于2 号土(图1(b)),5 种稳定剂稳定效果的变化趋势可以分为2 类。当以FeS.NagS.黄铁矿为稳定剂时,稳定效率随着稳定剂投加量的增加呈上升趋势。FeS 的稳定效率从16.50%一直上升到96.80%，土壤浸出浓度从0.678 mg.L~' 下降到0.026 mg.L"',在投加量为S :Hg= 100 时浸出毒性达标。在这里需要说明,FeS 在2 种土样中稳定效果差异很大,我认为这种差异主要和土壤自身性质有关,2号土壤呈强酸性,且有机质含量，氧化还原电位以及阳离子交换量均较高,这样的环境可能比较有利于FeS 与土壤中的汞反应,生成稳定的无机物,降低土壤的浸出毒性。另一种稳定剂NagS 的稳定效率从87.44% 上升到99.26%,浸出浓度在投加量为S :Hg= 5 时就已降低至0.071mg.L-',达到国家标准要求,稳定效果非常显著。黄铁矿的稳定效果不是特别明显,当投加量小于S: Hg= 10 时,稳定效率一直为负值，直到s: Hg= 10 时,浸出浓度开始低于空白样,但仍远远高于国家标准值(0.1mg.L "')。CaO、黄铁矿+CaO 为第2 类稳定剂,它们的稳定效率随投加量的增加而降低。CaO 的稳定效率从83.74% 下降为24.26%,CaO+ 黄铁矿的稳定效率从77.22% 下降为44.33%。虽然稳定效率逐渐降低,但可以看出,当CaO 的质量分数为0.5% 时，稳定效果还是很不错的，浸出毒性降低至标准值附近。对比5 种稳定剂，NazS 是最优的稳定剂,FeS 虽然也可以使浸出浓度达标,但投加量相对较大，可能对土壤环境产生一定影响,而且其成本较高,考虑到它作为稳定剂的广谱性和适应性,不作为稳定剂的最佳选择。除此之外,通过分析CaO、黄铁矿+ CaO 的稳定效率变化趋势可以看出，合理控制CaO 的含量也可以有效降低2 号土壤的浸出毒性。

对比2种土壤,1号土为中性土壤,2 号土为酸性土壤。NazS 对2 种土壤的稳定效果趋势一致,而CaO、黄+CaO 作为稳定剂时,稳定效果却随着稳定剂投加量的增加呈现相反的变化趋势,因为碱性稳定剂本身就是通过提高土壤pH,增加土壤中的负电荷量来提高土壤对汞的亲和力，并通过直接或间接提供0H~,形成为氧化汞、氢氧化汞等难溶物质而实现对录的去除,因此在呈中性的1号土壤中，录的稳定效率随碱性氧化剂用量的增加而提高,效果明显;而在呈酸性的2 号土壤中,添加碱性稳定剂对汞的稳定效果也是明显的,但随着碱性稳定剂用量的增加稳定效果有所下降,这可能与2 号土壤本身呈酸性，稳定过程中稳定剂被部分中和有关。由以上结果可以看出,碱性稳定剂的稳定效果与土壤自身的酸碱度有关。

延伸阅读：

汞污染土壤的植物修复技术研究