赤泥在水體和土壤污染修復(fù)中的應(yīng)用
更新時(shí)間：2010-11-19 14:23
來源：
作者: 范美蓉
閱讀：4674
赤泥是鋁土礦經(jīng)強(qiáng)堿浸出氧化鋁后產(chǎn)生的殘?jiān)。每生產(chǎn)1噸氧化鋁就有1.0~1.3噸的赤泥產(chǎn)生，據(jù)估計(jì)，全世界每年鋁工業(yè)產(chǎn)生的赤泥約6000萬噸，我國以年處理600萬噸鋁土礦計(jì)，每年產(chǎn)生380~400萬噸赤泥[1]。目前，世界各國大多數(shù)氧化鋁廠對(duì)赤泥處置通用的方法是將赤泥堆積或傾入深海。赤泥的存放不僅占用大量的土地和耕地、耗費(fèi)較多的堆場(chǎng)建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，而且破壞生態(tài)環(huán)境，造成嚴(yán)重的大氣污染、土壤污染和水資源污染，危害自然環(huán)境和人類健康，同時(shí)還造成資源浪費(fèi)[2-4]。在土地資源日趨緊張、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展日趨重視的今天，赤泥的綜合治理已成為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)之一。
赤泥在廢水、廢氣和土壤等環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用是近年來國際上關(guān)于赤泥應(yīng)用研究的熱點(diǎn)問題。赤泥具有比較穩(wěn)定的化學(xué)成分、非常細(xì)的分散度、高的比表面積、較好的吸附性能、在水介質(zhì)中穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)，在有機(jī)、無機(jī)污染的環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
1 赤泥對(duì)污染水體的修復(fù)作用
以赤泥為原料，經(jīng)水洗、酸洗、焙燒活化等步驟后，可制備性能良好的水處理劑，它可部分吸附廢水中As3+、Cd2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Pb2+等重金屬離子，PO43-、F-等非金屬有害物質(zhì)及某些有機(jī)污染物，也可用于廢水的脫色、澄清[5]。
（1）赤泥吸附As3+、Cd2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Pb2+等重金屬離子
Altundogan[6]用熱處理 (200～800℃)和酸處理（HCl）技術(shù)活化赤泥，當(dāng)水體中As濃度為10mg/L，赤泥含量20g/L時(shí)，25℃，1h吸附反應(yīng)對(duì)As（V）的除去率為96.52%，對(duì)As（Ⅲ）除去率為87.54%。
Gupta[7]將拜耳赤泥用H2O2處理去除表面有機(jī)物，在 500℃空氣氣氛中活化處理，用于吸附水體中的 Pb2+，Cr6+重金屬離子。結(jié)果表明，活化赤泥對(duì) Pb2+，Cr6+ 有顯著的吸附性能，可在較寬的濃度范圍內(nèi)有效清除水體中的 Pb2+和 Cr6+，對(duì) Cr6+的吸附
量大于Pb2+。吸附柱實(shí)驗(yàn)研究表明，赤泥吸附劑具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，可直接用1mol/LHNO3處理吸附柱，使被吸附的金屬脫吸，吸附劑可以重復(fù)使用。廢水中鹽類物質(zhì)的存在也不會(huì)影響吸附效果。
文小年[8]研究了赤泥對(duì)水體中鉛離子的吸附作用及赤泥的摻加量、吸附反應(yīng)時(shí)間、溶液中Pb2+初始濃度、溫度等因素對(duì)吸附作用的影響。結(jié)果表明，赤泥對(duì)鉛離子有很好的吸附作用，吸附達(dá)到平衡的時(shí)間為2h。赤泥的摻加量為2g/L時(shí)，2h后吸附率可達(dá)99.6％，溶液初始Pb2+濃度越大，吸附率越小。但當(dāng)把赤泥的摻加量固定為0.625 g赤泥100 mg Pb2+時(shí)，溶液的初始Pb2+濃度對(duì)吸附率影響較小。溫度對(duì)吸附作用的影響較為顯著，溫度越高，吸附率越大，表明吸附為化學(xué)吸附。
Lopez[9]用赤泥與硬石膏的混合物加水制成在水溶液中穩(wěn)定性好的集料，這種集料對(duì)重金屬離子吸附性能較強(qiáng)，48h的最大吸附量為：Cu2+19.72mg/g；Zn2+12.59mg/g；Ni2+10.95mg/g；Cd2+10.57mg/g。對(duì)城市污水中重金屬離子的連續(xù)吸附實(shí)驗(yàn)表明，赤泥對(duì)Ni2+，Cu2+，Zn2+的去除效率分別是100%、68%、56%。赤泥對(duì)這些重金屬離子的高吸附能力歸結(jié)為赤泥中氧化物礦物的表面反應(yīng)活性．但由于赤泥本身的非均勻性和復(fù)雜性，要確定何種氧化物對(duì)特定金屬離子具有最大的吸附能力是困難的。
于華通等[10]通過正交實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)赤泥改性溫度為500泥改性溫度為500℃、反應(yīng)溫度為50℃、赤泥和酸性礦井水的固液比為30g/L、反應(yīng)時(shí)間為5h時(shí)，赤泥能夠最有效地去除酸性礦井水中的重金屬元素，處理后水樣的pH值符合國家I類地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
（2）赤泥吸附PO43-、F-等非金屬有害物質(zhì)
赤泥中含有豐富的鐵、鋁、鈣等活性成分，已有研究人員利用赤泥制備廢水除磷吸附劑[11，12，13，14]。若直接利用原狀赤泥作為除磷吸附劑，其吸附能力有限，因此，有人嘗試對(duì)赤泥進(jìn)行活化以提高磷吸附容量[15，16，17，18]，但其除磷作用機(jī)制尚不清楚。
Cengeloglu[19]用赤泥吸附水體中的氟化物，經(jīng)HCl活化處理的赤泥對(duì)水體中F的清除效率為82%，而褐煤、高嶺石粘土、膨潤土的脫F效率分別為8%、18.2%和46%。
2 赤泥對(duì)污染土壤的修復(fù)作用
Gupta和Sharama[20]于2002年以及Santona[21]等于2006年研究表明赤泥可作為重金屬污染土壤的吸附劑。
（1）赤泥對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)作用機(jī)理
Muller 和 Pluquet [22]發(fā)現(xiàn)施用赤泥有利于減少重金屬污染海港挖泥中金屬有效性。
Laura Santona et al[23]研究表明赤泥有利于污染土壤中金屬的化學(xué)固定，有利于減少金屬的溶度和生物利用度。
VINOD K[24]等研究表明，赤泥具有較好的吸附能力，能在較大濃度范圍內(nèi)作為鉛和鉻的吸附劑，試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合Freundlichand和Langmuir 模式。利用熱力學(xué)參數(shù)，運(yùn)用動(dòng)力學(xué)研究吸附的機(jī)理，對(duì)赤泥鉛和鉻移動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力模擬，發(fā)現(xiàn)遵循第一動(dòng)力學(xué)。
（2）赤泥對(duì)Zn, Pb, Ni, Cd 和Cu等重金屬污染土壤的修復(fù)效果
大量研究，特別[25,26,27,28]是在西澳大利亞研究結(jié)果表明，在土壤中施入赤泥能有效的減少磷元素滲漏，改善土壤酸性，促進(jìn)牧草生長(zhǎng)。
Giovanni Garau et al [29]研究表明利用赤泥修復(fù)重金屬污染土壤，可溶性Pb、Cd和Zn顯著減少（P≤0.05），土壤pH提高。同時(shí)赤泥能顯著提高土壤中微生物組成（P≤0.05），減少土壤中異養(yǎng)真菌，施用赤泥能顯著改變主要培養(yǎng)細(xì)菌群落。16S rDNA基因的部分序列隨機(jī)選擇細(xì)菌病原揭示了赤泥土壤中的優(yōu)勢(shì)菌株主要為β-變形菌和擬桿菌/綠菌門。施入赤泥土壤中的Ralstonia（茄科雷爾氏菌）和Pedobacter（土地桿菌）數(shù)量占優(yōu)勢(shì)。細(xì)菌群落特征分析顯示微生物群落對(duì)底土層利用程度為：赤泥-土壤＞石灰-土壤＞沸石-土壤=對(duì)照-土壤。相比較其他處理，赤泥能最有效減少金屬移動(dòng)和促進(jìn)細(xì)菌繁殖和提高土壤酶活性。
高衛(wèi)國等[30]通過室內(nèi)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)，研究單獨(dú)添加赤泥或堆肥以及兩種添加物一起添加對(duì)土壤鋅形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明，單獨(dú)添加赤泥或堆肥均可以降低土壤中交換態(tài)-Zn的比例，提高鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)-Zn和有機(jī)結(jié)合-Zn的比例。與對(duì)照相比，添加5%赤泥，培養(yǎng)1個(gè)月后土壤中交換態(tài)-Zn在形態(tài)中的比重由31%和7%分別提高到66%和13%。在另一個(gè)土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，高衛(wèi)國等[31]研究表明：?jiǎn)为?dú)添加堆肥或赤泥以及赤泥和堆肥一起添加到土壤中，均可以降低土壤中的交換態(tài)Cd和Zn含量以及生物有效態(tài)Zn和Cd含量。與對(duì)照相比，培養(yǎng)1—3個(gè)月后，單獨(dú)添加堆肥、單獨(dú)添加赤泥和同時(shí)添加赤泥與堆肥導(dǎo)致土壤交換態(tài)Cd含量分別降低14%~18%、33.3%~46.1%和44.2%~57.7%；土壤交換態(tài)Zn含量分別降低54.4%~59%、100%和100%；土壤生物有效態(tài)Cd 含量分別降低11.8%~14.7%、25.1%~33.7%和32.6%~43.9%；土壤生物有效態(tài)Zn含量分別降低14.1%~15.8%、59.7%~72.2%和43.2%~58.4%。
鄧日烈等[32]采用盆栽試驗(yàn)研究幾種改良劑對(duì)鎘污染土壤上空心菜保護(hù)酶系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明：鎘污染抑制空心菜生長(zhǎng)；在污染土壤中分別加入石灰、石灰＋赤泥、赤泥三種改良劑，均能有效緩解鎘污染對(duì)空心菜生長(zhǎng)的抑制。石灰處理、赤泥處理與石灰+赤泥處理三種改良劑之間的SOD（超氧化物歧化酶）活性差異不顯著,但株高、POD（過氧化物酶）、PPO（多酚氧化酶）和CAT（過氧化氫酶）的差異均達(dá)到顯著水平；石灰處理與赤泥處理在株高和各種酶活性上都無顯著差異。說明各種改良劑均能改良鎘污染土壤，降低空心菜受害程度。
（3）不同施用量赤泥對(duì)Zn, Pb, Ni, Cd 和Cu等重金屬污染土壤的修復(fù)效果
C．W．Gray et al[33]盆栽試驗(yàn)表明，與對(duì)照相比，P與赤泥結(jié)合使用在重金屬污染土壤上能減少可溶性Pb含量。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照相比，施用石灰和3%或5% 赤泥能增加土壤pH，減少土壤中可溶性和可萃取重金屬，降低紫羊茅吸收金屬的有效性。赤泥有效減少紫羊茅對(duì)Zn，Pb，Ni，Cd和Cu吸收，使以前的裸土得到修復(fù)，有利于土壤再生。
Friesl et al[34]盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，與未修復(fù)土壤相比，赤泥施用率為10%（w/w）時(shí)，酥油草和莧屬植物對(duì)Cd，Zn和Ni吸收量明顯減少，分別為87.81％和87％。
Lombi et al[35]通過油菜、豌豆、小麥和萵苣的盆栽試驗(yàn)表明，當(dāng)赤泥的施用量為2%（W/W）時(shí)，不但增加了植物的產(chǎn)量，而且降低了植物組織中的重金屬含量。Lombi et al[26]研究了赤泥對(duì)土壤重金屬污染的環(huán)境修復(fù)作用，結(jié)果表明赤泥能顯著提高土壤中的微生物數(shù)量，降低土壤孔隙水含量，農(nóng)作物種子、葉片中的重金屬含量。經(jīng)修復(fù)后，孔隙水中Zn含量由原來的50~100mg/L下降為5mg/L；萵苣中Zn含量由原來的3833×10-6mg/L下降為111×10-6mg/L，Ni從333×10-6mg/L下降為3.1×10-6mg/L，Cu從452×10-6mg/L下降為8.1×10-6mg/L。其修復(fù)作用機(jī)理是赤泥對(duì)土壤中的Cu2+，Ni2+，Zn2+，Pb2+，Cd2+有較好的固著性能，使其從可交換狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殒I合氧化物狀態(tài)，從而使土壤中重金屬離子的活動(dòng)性和反應(yīng)性降低，有利于微生物活動(dòng)和植物的生長(zhǎng)。赤泥富含鐵離子（一般為25~40%）和鋁氧化物（15~20%）。
3 結(jié)語
長(zhǎng)期以來，我國山東、河南、貴州、山西等地的氧化鋁廠，多采用平地高臺(tái)、河谷攔壩、凹地充填等方式被動(dòng)消納著逐年增多的赤泥，為生態(tài)環(huán)境埋下巨大隱患。如何合理開發(fā)利用赤泥是一個(gè)世界性的難題。
當(dāng)前，用赤泥作為環(huán)境修復(fù)材料處理水體、土壤環(huán)境中的有機(jī)、無機(jī)污染，具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、以廢治廢、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。但在開發(fā)利用過程中需對(duì)赤泥進(jìn)行脫堿處理以避免其對(duì)環(huán)境的二次污染問題，不斷探索新途徑，特別是附加值高的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)赤泥零污染排放的基本原則，使赤泥的應(yīng)用達(dá)到“以廢治廢，變廢為寶，物盡其用”的目的。同時(shí)，應(yīng)加大對(duì)赤泥微觀結(jié)構(gòu)、吸附過程、焙燒活化機(jī)理、改性工藝等方面的深入研究,大力推進(jìn)赤泥在水體和土壤污染修復(fù)中的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
聲明：轉(zhuǎn)載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時(shí)更正、刪除，謝謝。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
