在环境中六价铬的迁移与固定.doc

5．在环境中六价铬的迁移与固定 铀案 2010年第一期 5.在环境中六价铬的迁移与固定 FrederickStanin Chromium(VI)Handbook,165—214 引言 为了实现环境恢复目标,了解地下环境中污染物迁移与固定方面的知识极 为重要.不幸的是,由于水文地质学,水化学,微生物学的复杂性及经济方面的 限制,获得和利用这些知识存在困难.本章讨论有关六价铬和一般铬迁移与固定 的最重要物理,化学和生物学参数,以及怎样测量这些参数并将其应用于环境恢 复.这些讨论参考了多达141份文献(见本章附录). 任何一种污染物在环境中迁移与固定的评估内容,包括场地特征,风险评 估和修复,这是环境恢复的三个主要阶段.场地特征研究的常规做法可能难以得 到足够详细的信息,以充分说明天然过程对迁移行为的影响和用于污染物固定. 采用必威体育精装版技术的场地特征研究尽管实施成本高于常规做法,但由于改善了技术的 有效性和场地的净化效率,可以节省最终费用.正确的场地特征研究有助于风险 管理(风险评估)一一决定是否要修复,如果要修复则决定修复程度和选择适宜 的净化技术. 合理的概念场地模型对于迁移与固定评估是绝对必要的.适合的概念场地 模型与地质,水文,化学与生物过程信息相结合就能得出有效的污染物迁移估计. 风险评估和修复技术的实际应用高度依赖于这些过程的场地详尽知识.因此,必 须掌握支配地下行为的过程和污染物处置的可能性.这对六价铬治理特别重要. 本章讨论六价铬及其他价态铬(特别是三价铬)在环境中的迁移与固定 这些价态或品种的铬与许多环境迁移和固定因素密切相关.首先评述环境中存在 的铬及其地球化学.讨论最重要的迁移和固定技术,即氧化一还原,沉淀一溶解, 吸着.解吸.然后讨论铬在大气,水系(地表水和地下水)和土壤中迁移与固定 的一般性问题,包括六价铬被生物摄取与转化.本章还讨论怎样将自然衰减过程 应用于对六价铬污染场地的修复. 5.1.环境存在的铬 土壤和地下水的铬污染是一个重要的世界性问题.铬污染的形成主要是由 于铬的工业生产过程(金属电镀,合金,鞣革,木材防腐等等)引起,但也来自 工索 2010年第一期 富铬岩石(超基性岩如蛇纹岩)中天然存在的铬.与工业活动对土壤和地下水污 染的结果相比较,土壤和地下水中天然出现的铬浓度较低.尽管如此,天然出现 的相对高浓度水溶铬已经发现,通常为易溶铬酸盐cro42一(Robertson1975). 因此,人为和天然来源的铬能够导致局部地区土壤和水中铬浓度高. 有许多作者讨论过环境中铬,现简单综述如下.本书第4章另行给出有关 地下水天然出现六价铬的信息 5.1.1.人为来源 有些工业使用铬,如冶金(钢,铁合金及非铁合金),耐火材料,化工生产 (颜料,电镀,皮革等),包括许多工业过程如镀铬,鞣革,纸浆生产,制粉, 采矿(矿石精炼),木材防腐.工业用铬一般从铬铁矿采矿开始.然后经氧化或 还原处理.在碳酸钠,氧化钙存在下,铬铁矿氧化产出铬酸钠,附产铬酸钙.由 铬酸钠衍生红矾钠,红矾钾,铬酸酐及多种铬化合物,铬颜料(钡,钙,铅,锶, 锌的铬酸盐).铬铁矿经碳,铝,硅还原后用于生产铬合金和铬铵矾. 在美国,大部分铬用于生产合金,主要是不锈钢和耐热钢.铁合金中的铬 是零价态,不水溶,不存在环境问题.尽管如此,铬能够因不锈钢氧化和以水溶 形式浸出. 人为来源的铬能够释放到土壤,并可由大气沉降间接沉积在土壤中,但更 多的是倾倒至土壤中的含铬液体或固体废物垃圾:铬渣即含铬酸盐(CrO4卜)副 产物的泥浆,铬铁渣,镀铬废液.这些废物含有多种不同溶解度的三价铬和/或 六价铬.废水中各种形态铬的性质与行为可能很不一样.废物中铬的形态和浓度 主要取决于工业过程所用的铬化合物,也取决于pH和共存的其他有机与无机废 物. 含六价铬的化学品主要用于金属电镀(使用铬酸H2CrO),制染料,作涂料 颜料,鞣革.六价铬废水主要来自冶金工业,金属精饰工业(镀硬铬),耐火材 料工业,及铬酸盐颜料和防锈颜料的生产与应用.三价铬废水主要来自鞣革,纺 织(印染),装饰镀铬.尽管如此,由于某些原因也有例外,如鞣革废水主要含 三价铬,但由于渣中出现的氧化还原反应六价铬浓度可能增加.这类转化在地下 也常见,如氧化,还原,吸着,沉淀,溶解,将在本文后面讨论. 5.1.2.天然来源 如上所述,铬天然出现在环境中,最主要的是以富含铬的矿物形式存在. 铝案 2010年第一期 铬亦作为土壤成分天然存在,通常为铬铁矿一一一种相对不溶的土壤矿物.天然 土壤中这种铬源自它们母体岩石的风化.在各类土壤中铬的平均含量由0.02 mol/g到58mol/g(1mg/kg到3000mg/kg).铬的浓度取决于母体岩石的组成. 花岗岩,碳酸盐岩石,砂质沉积岩含铬量最低,而页岩,河流悬浮物和土壤