汞污染农田土壤低温热解处理性能研究

摘要： 选取贵州清镇地区汞污染农田土壤作为低温热解修复试验对象，研究处理温度、处理时间以及土壤含水率对低温热解法去 除土壤汞效率的影响。同时采用连续浸提法对土样中7种形态的汞进行提取，分析热解升温过程中各形态汞的变化状况。结果表明：(1)处理温度越高，汞去除效率越大。当温度为350℃时，去除率达到90%以上。(2)处理时间越长，汞的去除率越高。处理持续时间为90min时，去除率达到90%。(3)土壤含水率越高，汞去除率越低。当风干时间10d，土壤含水率13.8%时为处理土壤最佳条件。(4)7种形态的汞随温度升高均下降显著，当温度达到350℃时，处理后土样中水溶态和交换态已完全去除，其他形态的去除率也均达到90%以上，土样中最终以残渣态汞为主，环境风险小。

关键词： 低温热解;汞;影响因素;土壤

汞(Hg)及其化合物具有很强的神经毒性和致畸作用，且积累效应和遗传毒性明显[1]。汞一旦进入土壤，95%以上常常能迅速被土壤固定或强烈吸持[2]，已有研究表明，农田食物链已成为人体摄入汞的主要渠道[3]， 因此对农田土壤汞污染防治与修复工作已迫在眉睫。

土壤汞修复方法有很多，较常用的有客土法、固汞法、水洗法、生物修复方法[4-5]等，这些方法基本都存在效率低、成本高或修复周期长等缺点。低温热解法指污染土壤在300~600℃温度下进行干馏，使污染物质从土壤中分离出来的方法，具有快速，便捷，处理效果好等优点。主要用于处理易挥发有机污染物，近年来也用于处理土壤汞污染[6-7]。

通过采用低温热解法，对贵州清镇地区汞污染农田土壤进行处理，通过研究不同处理温度、不同持续时间和不同土壤含水率与土壤汞去除率之间的关系，探究提高低温热解法脱汞效率的影响因素，得到处理效果最好的组合。此外还同步研究了不同温度下土样中各种形态汞的含量变化，得出了各形态汞对不同温度的敏感度，为有针对性的去除某些形态汞的研究提供了一定的理论基础。

1材料与方法

1.1 供试土壤 土壤样品采自贵州省清镇市东门桥汞污染农田 (26°21′00″~26°29′09″N，106°02′06″~106°33′00″E)，该区距离某有机化工厂排污口约300m。为了研究污染程度不同的农田土壤在低温热解过程中汞的去除状况，对贵州省环科院前期的调研数据进行分析，在污灌渠流经的区域选取了3块污灌农田作为实验研究对象，分别定义为1号点、2号点和3号点。根据《土壤环境监测技术规范》对于农田土壤环境监测的相关规定，采集的土壤厚度为0~20cm，土样自然风干混匀后，剔除石块和植物残体备用。其部分理化性质如表1。

1.2实验方法

1.2.1低温热解装置及试验 实验使用的热解装置是山东淄博圣元窑炉工程有限公司生产的准0.21×2000型电热实验回转炉，该装置由滚筒、传动及支撑机构、电加热炉、控制柜、排废气装置、加料机构及出料装置等部分组成，见图1。

土样风干混匀后，称取500g置于热解装置中。根据前期预实验结果，热解温度试验设置热解时间为1.5h，温度区间为250~400℃，以10℃为1个温度梯 度进行试验。 热解时间试验设置热解温度为350℃，热解时间区间为10~60min，以10min为1个时间梯度进行试验。土壤水分对汞去除率的影响的试验设置热解时间为1h，热解温度为350℃，分别取风干天数为0，3，7，11，15，20d的土壤作为受试土壤。每组实验有3批土壤，每批试验做3个平行样，待实验结束时，所有样品都排空后，干烧热解炉30min。热解前后的土样均采用4分法取样，实验数据取平行样的均值。

1.2.2土壤汞的测定

土壤样品热解前后土壤经磨细过筛，称取0.2g左右样品置于50mL比色管中，加1∶1王水10mL，于水浴锅中加热2h，冷却后稀释至50mL，放置24h后，取1mL上清液稀释至25mL，用原子荧光法测定总汞。 热解过程中土壤汞的形态变化研究，主要是采用 连续萃取法[8]分析土样中的汞的存在形式，将土壤中汞形态分为7类：Ⅰ水溶态;Ⅱ交换态;Ⅲ碳酸盐和铁、锰氧化物结合态;Ⅳ腐植酸结合或络合态;Ⅴ易氧 化降解有机质结合态; Ⅵ难氧化降解有机质结合态;Ⅶ残渣态。将各形态汞分离出来以后，均采用冷原子吸收分光光度法测定分析。热解处理前3个污染点的总汞，各形态汞含量及所占比例如表2。

1.2.3土壤汞去除率的计算方法 为了研究低温热解技术对土样的处理效果，用土 壤汞的去除率来表征，土壤汞去除率按式(1 )计算：

(1) 式(1 )中：η为汞的去除率;C、C0为热解前后土样总汞。