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?，也可能對環(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)合作用對水生生物的危害也不容忽視。

水庫淤積是當(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

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、動物治理、現(xiàn)址覆蓋處理。在國外覆蓋固定技術(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

淤泥和水均取自冊田水庫，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Pb，Cu，Zn離子均具有良好的吸附性能，尤其對Pb，Zn離子的脫除率接近100%。對Cu離子來說，經(jīng)過處理后磷灰石的加入量對溶液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)上對磷灰石重金屬固化作用進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)研究。由于水庫水位較高，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，用水庫水來作加磷灰石和不加磷灰石的對比試驗(yàn)?，F(xiàn)場試驗(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)果的波動很大且無規(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規(guī)律的溶出。除Cr以外其他的重金屬離子在無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)果的波動很大且無規(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。對于重金屬離子，尤其是Pb，Cu及Zn等重金屬陽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

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)證了磷灰石對重金屬離子吸附的可行性。