镀锌厂废水污染土壤风险评价及其修复植物焚烧技术研究

摘要

目的:本文以杭州郊区一镀锌厂周围农田进行污染调查与风险评价,以探明企业周围土壤、作物中重金属的含量、分布及其风险,为污染土壤的风险管理提供科学依据。另外,本文也应用流化床焚烧工艺对锌镉超积累植物伴矿景天进行热处理,以期为修复植物的无害化处置或资源化利用提供技术原理和方法,为植物修复的应用和推广奠定技术基础。
　　 方法:在镀锌厂周围农田土壤-作物的重金属污染及其风险试验中,按照距离镀锌厂由近至远,采样间距也由小到大的方式采集土壤样品。共采集0-20cm耕层土壤样品38个,并在水稻尚未收获的田块与土壤相对应的位置采集水稻样品24个,测定土壤和糙米样品中重金属全量和土壤DTPA提取态浓度。
　　 在伴矿景天热处理过程中常规污染物的排放与重金属迁移转化规律试验中,空气流量控制在1m3/h,温度分别650℃、750℃、850℃和950℃进行焚烧试验;在温度850℃添加Al2O3和CaO进行烟气中重金属控制焚烧试验;添加CaO在Ca/S摩尔比为0、2、4、6进行烟气中重金属控制焚烧试验,分析烟气中的CO、Nox、SO2等常规烟气污染物浓度,分析烟气、飞灰和底渣中重金属的浓度。
　　 在伴矿景天流化床焚烧过程中多环芳烃的排放规律试验中,空气流量控制在1m3/h,温度分别750℃、850℃和950℃进行焚烧试验,分析烟气、飞灰和底渣中15种PAHs的含量。
　　 结果:研究区土壤因企业污水排放,已经受到严重的重金属污染。土壤重金属的生物有效性为Cd＞Cu＞Zn。土壤DTPA提取态重金属与土壤全量之间达到极显著的正相关水平,且随距企业的距离增加而逐渐降低,并显示出极显著的指数相关性。水稻糙米中Cu和Zn都未超标,Cd超标率为79.2％。以人体最大允许摄入量RfD(Referencedose)值为参照值的暴露风险评价表明,该区糙米中Cd存在严重的健康风险。
　　 在超积累植物的焚烧过程中,CO和Nox排放浓度高于GB18484-2001的限值,随着焚烧温度的增加,CO的排放量下降,而Nox的排放量增加;焚烧过程中随着CaO添加量的增加CO和Nox的排放量呈增大趋势。
　　 焚烧过程排放的烟气中Zn和Cd浓度较高,且烟气中Zn浓度随着温度的升高而升高。烟气中Cd浓度在650℃和850℃时最低,750C以上时烟气中Cd高于GB18484-2001规定的0.1mg/m3限值,应予控制后再排放。另外,飞灰和底渣中Zn和Cd的总回收率随着温度的升高而降低;而Pb的总回收率在750℃时最高,当温度高于750℃时,随着焚烧温度的升高Pb的回收率呈下降趋势。
　　 在850℃时,添加CaO和Al2O3均利于降低烟气中Zn和Cd的浓度和提高Cd和Pb的总回收率,但添加CaO不利于Zn总回收率的上升;与Al2O3相比,添加CaO更有利于降低烟气中Zn和Cd的浓度和提高Cd的总回收率。随着CaO添加量的增加,灰渣中Cd和Pb的总回收率增大,Zn的总回收率略降;Ca/S为2时烟气中Zn和Cd浓度最高,而当Ca/S＞2时,随着CaO添加量的增加,烟气中Zn和Cd浓度明显降低,且Cd低于GB18484-2001限值。
　　 对烟气、飞灰和底渣中的15种多环芳烃检测结果发现,烟气中除了二苯并[a,h]蒽和茚并[1,2,3-cd]芘未检出外,共检出Γ3种多环芳烃;飞灰中萘、二苯并[a,h]蒽和茚并[1,2,3-cd]芘皆未被检出,底渣中只检出苊、芴、菲、蒽、荧葸和芘等6种PAHs。随着焚烧温度的升高,烟气中PAHs总量降低。850℃时飞灰中PAHs总量与750℃时相比提高了37.6％,而底渣中PAHs总量显下降趋势。同样,随着温度的升高,烟气中PAHs的毒性当量总量呈上升趋势,而飞灰和底渣中PAHs的毒性当量总量显下降趋势。
　　 苯并[a]芘(BaP)是伴矿景天焚烧排放的烟气中的主要致癌性PAHs。烟气中BaP都高于GB3095-96中规定的0.01μg/m3限值,随着温度的升高,烟气中BaP量有增加的趋势,其毒性当量在750℃、850℃和950℃时分别占PAHs毒性当量的62.3％、59.5％和68.0％。
　　 结论:镀锌厂周围农田己受严重污染,其糙米中Cd存在严重的健康风险。
　　 修复植物伴矿景天通过流化床焚烧处理,烟气中主要污染物为Cd、CO、Nox和PAHs。烟气中Cd可通过添加Al2O3和CaO进行控制,添加的CaO量为Ca/S=4时烟气中Cd即可达标排放;飞灰和底渣中的重金属回收率不高,添加剂可提高其回收率,但仍然不高;烟气中BaP是主要的致癌PAHs;飞灰中PAHs的毒性当量较高,应当合理处置,防止造成二次污染。