新2正网会员开户:使用多种多元素萃取剂对中国西南部当地锌冶炼污染场地的重金属生物有效性评估

背景

我国幅员辽阔、地大物博、矿产资源种类繁多,这为我国经济可持续发展提供了重要保障。近几十年来,为了满足生产力不断发展的要求,以锌 (Zn) 为代表的矿产资源开发空前绝后。如今,中国贵州省西北部,特别是赫章市和威宁县,开展了大规模的锌冶炼工程。但由于冶炼处理工艺不先进,铜 (Cu)、镉 (Cd)、铬 (Cr) 等伴生金属大多残留在冶炼渣中,导致锌的回收率较低。此外,由于矿产在开发、冶炼过程中,锌、铅 (Pb)、铜、砷 (As)、镉、铬等有毒元素有各自的熔点和沸点,部分有毒元素通过干湿沉降进入周围土壤中,严重破坏了土壤环境。来自同济大学环境科学与工程学院的付融冰教授及其团队在IJERPH 期刊发表文章,将顺序萃取实验和一次萃取法与重金属释放动力学相结合,制定出更佳的污染土绕修复策略,这为缓解采矿冶铁导致的重金属污染提供了有价值的参考。

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研究过程与结果

本研究中,作者首先介绍了本土炼锌的基本原理:含锌矿物发生氧化还原反应,在燃烧过程中获得电子还原成零价锌。主要的氧化还原公式为:2ZnS + 3C + 5O2 = 2Zn + 3CO2 + 5SO2;2ZnCO3 + C = 2Zn + 3CO2。

作者从威宁县的一个本地锌冶炼污染场地 (104°20′40.61″ E, 26°57′22.06″ N) 收集了深度为0-20 cm的土壤样品运至实验室进行研究。在研究过程中,作者运用了七种化学萃取剂来确定冶炼污染土壤中的有效金属浓度,即,将约2.0 g干燥土壤与20 mL不同提取溶液以1:10 (m/V) 的比例混合,并在25 °C 和200 rpm下振荡4 h。上清液以4000 rpm离心20 min,通过0.45 μm过滤器过滤,再转移到15 mL离心机中。随后,将过滤后的上清液储存在4 °C下,直到通过ICP-OES确定可用的金属浓度。序贯提取实验表明:AA-EDTA萃取剂是测定研究土壤样品中有毒重金属有效浓度的最佳萃取剂。随后,为研究冶炼污染土壤中有效重金属的释放动力学,作者准确称取约2.0 g土壤,与20 mL AA-EDTA萃取剂混合,在25 °C下以200 rpm/min的速度振荡。在不同的接触时间 (0.5、1、2、4、8、12、24、48、72和96 h) 内收集萃取溶液,将所得悬浮液离心、过滤并通过ICP-OES分析重金属浓度。

如表1所示,所研究的土壤样品中经HCl + HNO3 + HF消解的重金属的平均浓度顺序为:Fe (铁) > Al (铝) > Zn > Mn (锰) > Pb > Cu > Ni (镍) > As > Cd。根据土壤环境质量标准 (GB 15618-2018),农田土壤污染的风险筛选值为:RSV,6.5 < pH ≤ 7.5,而受检土壤中As (35.98 ± 6.84 mg/kg)、Cd (5.28 ± 0.39 mg/kg)、Pb (168.67 ± 10.10 mg/kg) 和 Zn (645.81 ± 34.95 mg/kg) 的总浓度高于这一点。结果表明,土壤中的重金属高度含量超标主要是由长期的冶炼活动引起的,而冶炼受污染的土壤也有类似结果。

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