焦磷酸钾对铜污染土壤的淋洗修复

2021年07月29日 阅读量:5

焦磷酸钾是一种对农田土壤环境友好的物质。通过批处理振荡淋洗实验研究了所配制的焦磷酸钾淋洗液对模拟污染土壤中重金属铜的淋洗特性,探讨了淋洗时间、淋洗液p H和焦磷酸钾浓度对淋洗效果的影响,并讨论了土壤中铜在焦磷酸钾淋洗液作用下的解吸动力学和淋洗前后重金属形态变化特性。结果表明,淋洗时间越长、淋洗液浓度越大,淋洗效果越好。优化实验条件,淋洗浸提24 h、淋洗液p H为7. 0,n(焦磷酸钾)∶n(铜)为7∶1,淋洗效果较好,铜淋洗率为40. 51% 。焦磷酸钾淋洗的铜主要以酸提取态和可还原态为主。焦磷酸钾淋洗液对土壤铜的浸提过程符合双常数方程,说明土壤中铜在焦磷酸钾淋洗液作用下的解吸是非均相扩散过程。

重金属污染由于其具有易蓄积作用和不可生物降解等特点,在全球范围对环境构成了巨大的威胁。目前,我国耕地受重金属污染的面积约为2 000万hm2,约占总耕地面积的 1 /6。铜虽然是植物生长的必需元素,但土壤中过量的铜特别是高浓度的铜被认为是最危险的污染物之一。

近年来关于如何有效去除污染土壤中重金属元素铜的研究一直受到广泛关注。络合剂异位淋洗技术被认为是修复重金属污染土壤的一种有效方法,络合剂的加入可以提高土壤溶液中可溶解态重金属含量,有利于污染土壤中重金属的淋洗去除。

常用的淋洗剂有无机淋洗剂、有机淋洗剂和表面活性剂,不同的淋洗剂对污染土壤重金属的去除效果不尽相同。乙二胺四乙酸( EDTA) 是常用的淋洗剂,刘霞等用EDTA对人工污染土壤中Cu、Pb进行淋洗修复,其对 Cu和Pb的去除效率优于柠檬酸和鼠李糖脂。由于EDTA可生物降解性差,在环境中存留期长,对地下水有较高风险,现在人们更多地关注采用可生物降解的环境友好型淋洗剂进行污染土壤中重金属的修复。YANG等用乙二胺二琥珀酸( EDDS)对电子废弃物污染土壤中重金属进行淋洗,在EDDS浓度为1. 26 mol·kg-1土壤时,对�Cu、Pb、Zn和Cd的淋洗效率相当;�邓红侠等用皂苷分别对单一污染和复合污染土壤中Cu、Pb进行单次淋洗修复,其对Cu、Pb的去除率分别为29. 02%�、25. 09%和31. 56%�、28. 03%�。EDDS等络合剂和表面活性剂虽可生物降解,但通常价格昂贵,限制了其大规模的工程化应用。因此,选择对环境友好且价格低廉的络合剂就显得至关重要。

焦磷酸钾主要用于无氰电镀中代替氰化钠作为电镀络合剂,也用于配制清洗剂、洗涤剂,以及漂染中的除铁离子试剂; 在食品工业中,用作乳化剂、螯合剂、组织改进剂等。焦磷酸钾所含磷、钾等元素都是植物生长的营养元素,是一种水洗高岭土价格对农田土壤环境友好的物质,但作为修复剂用于污染土壤中重金属的淋洗修复研究鲜有报道。

本文采用焦磷酸钾溶液作为淋洗剂,淋洗污染土壤中重金属铜,探究淋洗时间、淋洗液pH、淋洗剂浓度等因素对淋洗效果的影响,并通过欧洲标准物质局(the Community Bureau of Repvc稳定剂ference,BCR)分步提取法分析实验前后土壤中铜元素各形态变化,利用解吸动力学分析研究淋洗去除土壤中铜的机理。

经过多次反复探究从而得出以下3个结论。

1) 淋洗时间、淋洗液pH和浓度对铜的去除具有重要影响。淋洗时间延长,淋洗率增大; 在 pH<4. 0时,淋洗率随 pH值增大迅速降低,在pH为5. 0~9. 0范围内,去除率缓慢增大; 淋洗效果随焦磷酸钾浓度增大而提高,但浓度越高,单位解吸量越低。优化实验条件,淋洗液pH = 7. 0、n(焦磷酸钾)∶n(铜) 为7∶1,淋洗效果较好,淋洗浸提24 h,铜淋洗率为40. 51% 。

2) 焦磷酸钾淋洗的重金属主要以酸提取态和可还原态为主。经过淋洗实验,两种形态所占比例分别由52. 21%和34. 57%降低为 18. 83%和23. 62%,降低了污染土壤重金属铜的生物有效性。

3) 焦磷酸钾解吸污染土壤铜的最优模型为双常数方程,说明该解吸是非均相扩散过程。

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