磷灰石对重金属固化作用研究探讨

2015-12-16冀瑞锋

山西水利 2015年7期

冀瑞锋

（山西省水利水电科学研究院，山西太原 030002）

1 重金属污染对水体和水生物危害

密度在5以上的金属统称为重金属，如金、银、铜、铅、锌、镍、钴、镉、铬和汞等。重金属随废水排出时，即使浓度很小，也可能对环境造成危害。由重金属造成的环境污染称为重金属污染。重金属对环境污染的特点表现在以下几方面：一是水体中的某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物；二是生物从环境中摄取重金属可以通过食物链在较高级生物体内富集起来，然后通过食物进入人体，在人体某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，危害人体健康；三是在天然水体中只要有微量重金属即可产生毒性效应。

随着工农业的发展，排污量逐渐增加，大量金属离子污染物进入水体，成为主要的环境污染物，不但污染水环境，也严重威胁人类和水生生物的生存。大量研究表明，水体中的重金属有显著毒性作用。其中尤以汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）和铬（Cr）危害较大，铅（Pb）、锌（Zn）、铜（Cu）和砷（As）联合作用对水生生物的危害也不容忽视。

水库淤积是当今世界普遍存在的一个严重问题，而重金属又普遍存在于淤泥中，因此必须采取有效措施来遏制这种危害的蔓延，这也成为当今世界共同面临的严峻挑战之一。

2 常见底泥重金属污染处理方法及其发展趋势

目前用于水下底泥重金属污染的处理方法有环保疏浚法、微生物修复、植物修复法、动物治理、现址覆盖处理。在国外覆盖固定技术已大规模应用于底泥重金属污染处理。本文利用磷酸盐活性沉淀和吸附从污泥中扩散出来的重金属离子生成稳定的金属磷酸盐，从而更有效地阻止重金属的溶解和迁移。室内外试验均验证了以磷酸盐为原料的反应屏障来处理和稳定淤泥中的重金属的可行性。

3 磷灰石对重金属固化作用试验

3.1 室内试验研究

淤泥和水均取自册田水库，将球磨后的磷灰石进行磁选、筛分、洗涤、干燥处理，并将处理后的磷灰石（粒径0.5～0.7 mm）用于金属离子的吸附试验。试验样品分表层活性淤泥和底层淤泥两种，加入磷酸盐含量分别为0，3%，10%，表层淤泥3组，地层淤泥3组，共6组实验，每组试验重复3次，总计18个试样。

表1为加入不同质量分数的磷灰石反应8 d后，淤泥混合物中各离子浓度的变化结果。从实验结果可以看出，经过处理后的磷灰石对Pb，Cu，Zn离子均具有良好的吸附性能，尤其对Pb，Zn离子的脱除率接近100%。对Cu离子来说，经过处理后磷灰石的加入量对溶液Cu金属脱除率有明显的影响。本试验证明采用磷灰石作为吸附剂对脱除重金属离子具有可行性。

3.2 室外试验研究

3.2.1 试验设计及方法

在室内试验研究的基础上对磷灰石重金属固化作用进行了现场试验研究。由于水库水位较高，确定采用在岸边建设试验池的方案。试验池用砖和水泥建造并进行防漏处理，共建造2个试验池，用水库水来作加磷灰石和不加磷灰石的对比试验。现场试验用的磷矿样品中P2O5含量15%左右，CaO含量21.92%。

3.2.2 试验结果及分析

此次现场试验连续采样18 d，试验结果见表2。从分析结果可以看出，分析结果的波动很大且无规律性，给结果分析造成困难，很难判断是分析误差还是由于重金属离子无规律的溶出。除Cr以外其他的重金属离子在无磷灰石和有磷灰石的水中都呈现相似的变化规律。虽然分析结果的波动很大且无规律性，但总体来说，重金属离子在加磷灰石水中最终的重金属含量均低于或不高于无磷灰石水中的含量。

表1 磷灰石添加淤泥样品中各金属离子吸附影响单位：mg/L

表2 现场试验结果单位：mg/L

室外试验的结果没有达到室内试验研究的效果，分析其原因可能有以下几种；一是CaO的含量低，一般在31%左右，而用于室外试验的磷灰石仅含22%左右的CaO。对于重金属离子，尤其是Pb，Cu及Zn等重金属阳离子在磷灰石表面的吸附与在磷灰石表面上可以利用活性点成正比。而磷灰石表面的活性点又与磷灰石表面的Ca离子从磷灰石表面的释放有关；二是用于室外试验的磷灰石粒度太大，有可能造成试验效果没有达到预期结果。由于条件的限制，用于室外试验的磷灰石粒度较大，最细的粒度也大于1.5 cm。而用于室内试验研究的磷灰石粒度在0.5～0.7 mm。一般来说，粒度细则比表面大，溶解速度也快，磷灰石表面的活性点也越多，其对重金属离子的吸附量也越多；三是室外试验时重金属在实验池中的含量太低，给实验和分析造成困难，不能显示出磷灰石的最好吸附能力。例如：在室内试验时底泥在水中溶解出的Pb含量为0.1～0.5 mg/L，Zn为 0.06～0.11 mg/L，Cu为 0.1～0.5 mg/L。而室外试验时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，几乎相差100倍。