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1.2 稳定化材料
铁基材料包括铁粉、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氧化铁和聚合硫酸铁,均为化学纯;钙基材料选择氯化钙,也为化学纯。
1.3 实验方法
1.3.1 铁基稳定剂筛选
取直径为10cm的圆柱形塑料瓶28个,分别装入200g粒径≤0.30mm的供试土壤,设置7组实验:T1~T6分别投加铁粉、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氧化铁、聚合硫酸铁,投加量均为4g/kg;CK为对照,不加入任何铁基材料。用玻璃棒搅拌均匀后添加去离子水控制含水率为35%左右,拧上瓶盖,每个实验组设4组平行。静置养护15d后取样检测。
1.3.2 复合稳定剂筛选
在铁基稳定剂筛选实验的基础上,开展复合稳定剂筛选实验(实验方案见表2)。综合考虑性价比、稳定化效果等,除选定的铁基稳定剂外,氯化钙制备简单、价格低、与氟化物反应强烈、沉淀效果稳定,故选取氯化钙作为复合稳定剂的另一主成分。
取直径为20cm的圆柱形塑料瓶48个,分别装入1000g粒径≤0.30mm的供试土壤,分别按照表2的实验方案加入铁基稳定剂和氯化钙,搅拌均匀后添加去离子水控制含水率为35% 左右,拧上瓶盖,静置养护,每个实验组设3组平行。分别于养护10、20、30、40d后取样检测。
表2 复合稳定剂与投加方式筛选实验方案
1.4 检测方法
砷与氟全量、提取液中含量、有效态、浸出毒性与土壤pH的测定及砷与氟的形态提取方法见表3。
表3 测定与提取方法
2结果与讨论
2.1铁基材料的应用分析
2.1.1 稳定化效果
由于稳定化技术不改变土壤中砷的总含量,只改变土壤中砷的存在形态,而土壤中砷的环境行为和生态效用主要取决于其存在的有效态,因此,本研究以有效态砷的变化作为稳定化效果的评价指标。砷稳定化效率(P,%)以式(1)核算,氟稳定化效率同理。
P=(c0-c1)/c0×100% (1)
式中:c0、c1分别为对照组和实验组的有效态砷质量浓度,mg/kg。
6种铁基稳定剂应用于砷污染土壤实验的结果见图1、图2。铁粉的有效态砷含量降低幅度最大, 稳定化效率达到32.9%;其次是硫酸铁,砷稳定化效率为31.9%;硫酸亚铁的砷稳定化效果最差,砷稳定化效率仅为17.6%。铁基材料进入土壤后发生化学反应生成铁基氧化物或铁基氢氧化物,土壤中的有效态砷被吸附,或将取代其中的OH-等基团生成非晶态的砷酸铁沉淀、难溶的次级氧化态矿物。铁基氧化物吸附土壤中砷的速度和容量、砷发生取代反应的速率均与土壤pH有关。pH<6 时,Fe2+的氧化速度很慢,不能较快形成铁基氧化物或铁基氢氧化物,因此硫酸亚铁的砷稳定化效果最差。
铁基氧化物是土壤胶体的重要组成物质,氧化铁可以 吸附含砷基团,变成难溶的次级氧化态矿物或非晶态 的砷酸铁,但它对砷的吸附能力受自身的表面积影响 较大,所以氧化铁的稳定化效果相对较差。邓天天等以氯化铁作为水体絮凝剂去除砷,该研究发现,在pH为6~9时氯化铁除砷效果最佳,而供试土壤的pH<6 ,因此,氯化铁的稳定化效果较差。
▲图1 铁基材料处理后的有效态砷质量浓度
▲图2 铁基材料处理的砷稳定化效率比较
2.1.2 成本分析
结合我国铁基材料的行业价格(见表4),选择最优铁基材料作为稳定剂。以土壤砷稳定化总量除以工业级材料总花费计算性价比,可以看出硫酸铁应用潜力较大(见图3)且稳定化效率较高(见图2)。因此,选取硫酸铁为最优铁基稳定剂。
表4 各铁基材料成本对比
▲图3 各种铁基材料性价比比较
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