磷灰石對(duì)重金屬固化作用研究探討

冀瑞鋒

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

1 重金屬污染對(duì)水體和水生物危害

密度在5以上的金屬統(tǒng)稱為重金屬，如金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、鎘、鉻和汞等。重金屬隨廢水排出時(shí)，即使?jié)舛群苄?，也可能?duì)環(huán)境造成危害。由重金屬造成的環(huán)境污染稱為重金屬污染。重金屬對(duì)環(huán)境污染的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾方面：一是水體中的某些重金屬可在微生物作用下轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬化合物；二是生物從環(huán)境中攝取重金屬可以通過食物鏈在較高級(jí)生物體內(nèi)富集起來，然后通過食物進(jìn)入人體，在人體某些器官中積蓄起來造成慢性中毒，危害人體健康；三是在天然水體中只要有微量重金屬即可產(chǎn)生毒性效應(yīng)。

隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，排污量逐漸增加，大量金屬離子污染物進(jìn)入水體，成為主要的環(huán)境污染物，不但污染水環(huán)境，也嚴(yán)重威脅人類和水生生物的生存。大量研究表明，水體中的重金屬有顯著毒性作用。其中尤以汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）和鉻（Cr）危害較大，鉛（Pb）、鋅（Zn）、銅（Cu）和砷（As）聯(lián)合作用對(duì)水生生物的危害也不容忽視。

水庫(kù)淤積是當(dāng)今世界普遍存在的一個(gè)嚴(yán)重問題，而重金屬又普遍存在于淤泥中，因此必須采取有效措施來遏制這種危害的蔓延，這也成為當(dāng)今世界共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。

2 常見底泥重金屬污染處理方法及其發(fā)展趨勢(shì)

目前用于水下底泥重金屬污染的處理方法有環(huán)保疏浚法、微生物修復(fù)、植物修復(fù)法、動(dòng)物治理、現(xiàn)址覆蓋處理。在國(guó)外覆蓋固定技術(shù)已大規(guī)模應(yīng)用于底泥重金屬污染處理。本文利用磷酸鹽活性沉淀和吸附從污泥中擴(kuò)散出來的重金屬離子生成穩(wěn)定的金屬磷酸鹽，從而更有效地阻止重金屬的溶解和遷移。室內(nèi)外試驗(yàn)均驗(yàn)證了以磷酸鹽為原料的反應(yīng)屏障來處理和穩(wěn)定淤泥中的重金屬的可行性。

3 磷灰石對(duì)重金屬固化作用試驗(yàn)

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)研究

淤泥和水均取自冊(cè)田水庫(kù)，將球磨后的磷灰石進(jìn)行磁選、篩分、洗滌、干燥處理，并將處理后的磷灰石（粒徑0.5～0.7 mm）用于金屬離子的吸附試驗(yàn)。試驗(yàn)樣品分表層活性淤泥和底層淤泥兩種，加入磷酸鹽含量分別為0，3%，10%，表層淤泥3組，地層淤泥3組，共6組實(shí)驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，總計(jì)18個(gè)試樣。

表1為加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的磷灰石反應(yīng)8 d后，淤泥混合物中各離子濃度的變化結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，經(jīng)過處理后的磷灰石對(duì)Pb，Cu，Zn離子均具有良好的吸附性能，尤其對(duì)Pb，Zn離子的脫除率接近100%。對(duì)Cu離子來說，經(jīng)過處理后磷灰石的加入量對(duì)溶液Cu金屬脫除率有明顯的影響。本試驗(yàn)證明采用磷灰石作為吸附劑對(duì)脫除重金屬離子具有可行性。

3.2 室外試驗(yàn)研究

3.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

在室內(nèi)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上對(duì)磷灰石重金屬固化作用進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。由于水庫(kù)水位較高，確定采用在岸邊建設(shè)試驗(yàn)池的方案。試驗(yàn)池用磚和水泥建造并進(jìn)行防漏處理，共建造2個(gè)試驗(yàn)池，用水庫(kù)水來作加磷灰石和不加磷灰石的對(duì)比試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用的磷礦樣品中P2O5含量15%左右，CaO含量21.92%。

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

此次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)連續(xù)采樣18 d，試驗(yàn)結(jié)果見表2。從分析結(jié)果可以看出，分析結(jié)果的波動(dòng)很大且無(wú)規(guī)律性，給結(jié)果分析造成困難，很難判斷是分析誤差還是由于重金屬離子無(wú)規(guī)律的溶出。除Cr以外其他的重金屬離子在無(wú)磷灰石和有磷灰石的水中都呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律。雖然分析結(jié)果的波動(dòng)很大且無(wú)規(guī)律性，但總體來說，重金屬離子在加磷灰石水中最終的重金屬含量均低于或不高于無(wú)磷灰石水中的含量。

表1 磷灰石添加淤泥樣品中各金屬離子吸附影響 單位：mg/L

表2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果 單位：mg/L

室外試驗(yàn)的結(jié)果沒有達(dá)到室內(nèi)試驗(yàn)研究的效果，分析其原因可能有以下幾種；一是CaO的含量低，一般在31%左右，而用于室外試驗(yàn)的磷灰石僅含22%左右的CaO。對(duì)于重金屬離子，尤其是Pb，Cu及Zn等重金屬陽(yáng)離子在磷灰石表面的吸附與在磷灰石表面上可以利用活性點(diǎn)成正比。而磷灰石表面的活性點(diǎn)又與磷灰石表面的Ca離子從磷灰石表面的釋放有關(guān)；二是用于室外試驗(yàn)的磷灰石粒度太大，有可能造成試驗(yàn)效果沒有達(dá)到預(yù)期結(jié)果。由于條件的限制，用于室外試驗(yàn)的磷灰石粒度較大，最細(xì)的粒度也大于1.5 cm。而用于室內(nèi)試驗(yàn)研究的磷灰石粒度在0.5～0.7 mm。一般來說，粒度細(xì)則比表面大，溶解速度也快，磷灰石表面的活性點(diǎn)也越多，其對(duì)重金屬離子的吸附量也越多；三是室外試驗(yàn)時(shí)重金屬在實(shí)驗(yàn)池中的含量太低，給實(shí)驗(yàn)和分析造成困難，不能顯示出磷灰石的最好吸附能力。例如：在室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)底泥在水中溶解出的Pb含量為0.1～0.5 mg/L，Zn為 0.06～0.11 mg/L，Cu為 0.1～0.5 mg/L。而室外試驗(yàn)時(shí)Pb的含量不到0.005 mg/L，Zn的含量0.007 mg/L，Cu的含量不到0.003 mg/L，幾乎相差100倍。

4 結(jié)語(yǔ)

基于上述討論，雖然室外試驗(yàn)沒有達(dá)到預(yù)期的理想結(jié)果，但為將來進(jìn)一步開展磷灰石種類、磷灰石溶解度、含鈣量、粒度以及pH等對(duì)重金屬固化或吸附的影響提供了依據(jù)。此次試驗(yàn)結(jié)果表明，加入磷灰石后，最終的重金屬離子濃度低于或不高于沒有添加磷灰石的離子濃度，這在一定程度上驗(yàn)證了磷灰石對(duì)重金屬離子吸附的可行性。