污染沉积物中重金属的释放及其动力学.docVIP

污染沉积物中重金属的释放及其动力学 魏俊峰1, 2，吴大清2，彭金莲2，刁桂仪2 1：大连大学化学化工系，辽宁 大连 116622；2：中国科学院广州地球化学研究所，广东 广州 510640 摘要：研究了广州城市水体污染沉积物在不同pH条件下释放重金属的能力以及酸性条件下重金属的释放动力学。研究结果表明，重金属从污染沉积物中的释放主要是在酸性（pH4）条件下发生，pH的升高而迅速降低。重金属的释放顺序大致为Cu≈Zn≈NiPb。重金属的释放动力学过程可分为两个阶段，第一阶段一般认为是重金属从沉积物表面的快速解吸过程，第二阶段则可能是重金属缓慢地从沉积物内部微孔向溶液的扩散过程。释放动力学过程可以用Elovich方程和双常数速率方程（Freundlich修正式）较好地描述。 关键词：沉积物；重金属；释放；动力学 中图分类号：X14 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2003）02-0127-04污染沉积物中的重金属对人类及其生存环境具有潜在的危害作用，其原因是环境条件的变化会改变与沉积物结合的重金属的可迁移性，导致重金属再次进入生态环境中而造成二次污染，进而危害人类和生态系统的健康[1(3]。因此，研究污染沉积物中重金属的再释放及其影响因素是十分必要的，它对于预测污染沉积物中重金属的迁移性和归宿以及提出正确的、费用可行的整治办法具有重要的指导意义。 许多研究表明，重金属从沉积物中释放的机制主要为：溶解作用、离子交换作用、解吸作用[4]。一些环境因素如pH、离子强度、其它重金属存在时的竞争作用都会影响沉积物中金属污染的释放过程，特别是pH值。本文以广州城市水体中的污染沉积物为例，研究在不同pH条件下污染沉积物释放重金属的潜力及其在酸性条件下的重金属释放动力学。 1 材料与实验方法 1.1 材料 沉积物样品分别采自广州市大坦沙污水处理厂的脱水污泥（DTS）、车陂涌、花地河和塞坝口河道的底泥（CPC 、HDH和SBK）以及猎德涌与珠江交汇处的河滩淤泥（LDC）。样品的预处理及基本理化性质参见文献[5]。 沉积物在不同pH条件下释放重金属能力实验所用的样品为DTS、SBK、HDH、LDC和CPC，释放动力学实验所用的样品为DTS和CPC。 1.2 不同pH条件下重金属释放实验 释放实验采用传统的静态释放实验方法。对每一个沉积物样品，分别称取干燥样1.0 g若干份放于烧杯中，加入50 ml水，再加入一定量的酸（HNO3）或碱（NaOH）调节成不同的pH值（pH-2型酸度计）。平衡24 h后，再测定溶液pH值。将溶液离心分离后，取上清液10 ml于比色管中，加入2 ml 浓度为7 mol/L的HNO3，用火焰原子吸收法（PE-3100）测定溶液中铅、铜、锌、镍的含量。 1.3 重金属释放动力学实验 在800 ml的烧杯中加入500 ml的水，加入一定量的HNO3，使溶液pH=3.1。称取沉积物样品（DTS和CPC）10.0 g，并加入到烧杯中。搅拌，滴加HNO3，使pH保持在3.1左右。按预定时间取出约20 ml溶液，离心分离后，取上清液10 ml于25 ml比色管中，剩余的返回烧杯中，并添加10 ml水，使总体积保持在500 ml左右。实验过程中间歇搅拌，并随时滴加HNO3，使pH保持在3.1左右。在比色管中加入2 ml 浓度为3 mol/L的HNO3进行酸化，用原子吸收法（PE-3100）测定溶液中铅、铜、锌、镍的含量。对于铜和锌，以及DTS的镍，采用火焰法；对于铅以及CPC的镍，由于它们的含量太低，故采用石墨炉法。 2 结果与讨论 2.1 污染沉积物中重金属的释放 重金属元素从污染沉积物中释放的比率随pH的变化情况如图1所示。从图中可见，在酸性区，释放率随pH的升高而迅速降低，转折点一般在pH＝4～5；在碱性区，释放率随pH的升高而略有升高；在中性区，释放率一般很低，有些低于火焰原子吸收法的检出限。大坦沙、塞坝口、花地河和车陂涌污染沉积物样品中重金属释放率随pH的变化趋势相似，重金属的释放顺序大致为Cu≈Zn≈NiPb，沉积物释放Cu、Zn、Ni的能力通常为：大坦沙车陂涌塞坝口花地河，释放Pb的能力则是车陂涌花地河塞坝口大坦沙。猎德涌样品中重金属的释放顺序则基本一致。沉积物中重金属的释放率与重金属在沉积物中的赋存态有一定关系，即与残渣态呈负相关，但关系不很明显。 重金属元素在酸性区释放的原因可能主要是解吸作用和沉淀的溶解作用，而在碱性区释放的原因一般认为是由于有机质的分解使与之结合的重金属重新释放出来[6]。 作者曾试图采用表面络合模式来描述沉积物中离子的吸附/解吸（或释放）行为，但不太成功，主要原因就是天然体系的复杂性。首先是很难鉴定沉积物颗粒表面区的矿物组成，它们的性质决定了表面