某铅锌矿区矿渣和土壤中重金属浸出特性及生物毒性

摘要

铅锌冶炼是我国国民经济中一个重要行业，我国也是世界铅锌生产量和消费量最大的国家，然而在我国现代化建设中，冶炼铅锌矿选矿过程中产生的大量尾矿颗粒和冶炼后矿渣的任意堆放等活动对周边土壤、水体、植物的环境污染越来越严重。研究冶炼矿渣堆放的重金属释放规律，并用生物毒性试验的方法去表征其堆放对周边环境所产生毒性，能够反映重金属堆放对周边环境的污染程度和对环境中生物的影响。
　　本文以某铅锌冶炼矿区污染为例，利用改变浸提剂pH对铅锌矿区矿渣及附近土壤进行浸提，从而对冶炼矿区附近的矿渣的重金属释放规律进行研究，并选定一定pH模拟当地酸雨降水情况，用生物诊断的方法表征其浸出毒性，从而对该区域污染进行综合性评价。
　　研究结果表明:
　　(1)矿渣和土壤的污染特征分析得知，矿渣周边土壤的重金属含量已超过了国家规定的土壤三级标准并且超过当地背景值数倍，说明该区域中采矿、筛选、冶炼等行为已经导致了附近土壤中重金属元素的明显积累，且远远超出了规定的重金属在土壤环境中的最低限值。因此，对该区土壤生态环境有潜在威胁的可能性。
　　(2)翻转式振荡和水平振荡试验浸出结果对比表明:在浸提剂pH2情况下，水平振荡试验表现出比翻转式振荡更大浸出量，而在pH4、6、8、10浸提剂情况下，两者浸出结果较为相似，由于翻转法消耗样品材料和试验材料较多，因此选择了水平振荡式方法进行下面试验。
　　(3)不同pH条件下翻转式振荡和水平式振荡重金属的浸出表明:该区域矿渣和土壤浸出中，矿渣和土壤在浸提剂pH为2时和pH为4时，重金属浸出差异性十分明显，而pH为4.0～9.0之间时，浸出效果表现出平稳状，且浸出量整体不高，矿渣和土壤中Ni、Mn、Cd、Co、Pb及Zn的浸出稳定性随着pH的升高而逐渐增强，矿渣中浸出量最大的元素是Zn，土壤整体浸出效果较矿渣差，在浸提剂pH＞2范围内，土壤中重金属浸出量不明显。此外，选取接近当地酸雨降水pH4浸提剂条件下，按照《污水综合排放标准》，M-1矿渣中的Zn元素浸出量产生了一定浸出毒性且该区新厂村矿渣的堆存已经达到了一般工业废物的程度，其余重金属元素则浸出毒性比较小，并且只有在比当地酸雨的pH更低的情况下才会有所浸出。
　　(4)两种不同动态提取对M-1的提取中都表现出了较高的Zn浸出量和浸提率，其余重金属浸出量相对较低。而且在一次提取不同平衡浸出试验中，各种元素呈现出随着时间的增加，浸出量逐渐增大的趋势，说明在一定条件下，矿渣中重金属浸出量和浸提率是随着时间的增加而增大。多次提取连续浸出试验中，浸出量随着逐级的次数增多，浸出量呈现先下降后趋于稳定的趋势，说明随着时间和浸提次数的增加，矿渣中可交换量重金属元素越来越少，而由于每次加入H+的量一定，对矿渣中铁锰交换态、有机质态重金属的置换出的量一定而后期呈现稳定趋势。但随着浸出时间和浸提次数的增加，重金属累积浸出的总量却逐渐增加，且增加速度随着矿渣堆积时间的增加而逐渐降低。因此该矿渣在当地长期酸雨的冲刷、地表水搬运等不利条件下，随着接触时间的增加和接触次数的增多，冲刷出的重金属特别是其中的Zn的淋出，会对周边生态环境造成越来越大的污染。
　　(5)费歇尔弧菌试验中M-1矿渣对费歇尔弧菌的发光抑制率达到最大，通过对M-1矿渣浸出液的稀释，可知其毒性随着水样体积分数的增加，发光菌光抑制程度逐渐增大。经毒性标准判断得出，M-1矿渣浸出液高毒，黑坭寨矿渣浸出液无毒，新厂村土壤、黑坭寨土壤浸出液无毒。因此该区域M-1矿渣浸出液已经对周边生物产生了一定的生物毒性，M-2、S-1、S-2的浸出液尚未产生毒性。
　　蚯蚓试验中两种土壤的富集量在第3天就大过背景值土壤的重金属元素主要有Zn、Cd、Pb，其余重金属元素富集量都与背景值差别不大，其中Zn的富集量在整个试验中含量处于最大。说明蚯蚓对重金属富集具有一定选择性且蚯蚓对土壤中重金属元素的富集量随着不同培养时间和重金属浓度的增加而变化。就整体而言，两种土壤中全量重金属含量元素中，含量高的元素蚯蚓富集量大。
　　若蚯蚓吸收的重金属超过其忍耐承受范围，则过高的重金属就会直接毒害蚯蚓，对其生命活动产生致命影响，同时生长也会受到抑制。就本试验而言，两种土壤中蚯蚓对重金属具有一定富集，但由于Zn、Cd、Pb在土壤中的浓度尚未达到致使蚯蚓致死的浓度，因此，冶炼矿区周边土壤在区域内部分生物体内产生了一定的重金属富集积累，但尚未达到致死的程度。
　　(6)本论文中通过对矿渣和土壤全量重金属含量测定确定了该区域中重金属含量现状，结果表明该区域存在一定潜在的重金属污染。而通过不同pH、振荡方式、提取时间、提取次数等条件下矿渣和土壤的浸出表明了该区域M-1矿渣已经达到一般工业废物的程度，若将M-1矿渣的堆存在接近当地酸雨降水pH条件下会产生一定的Zn污染，并且该矿渣的堆存对环境的污染随着当地酸雨接触的时间越长和降雨次数的增多而越来越大。通过对矿渣和土壤的生物毒性试验确定了M-1矿渣的浸出液对生物产生了一定毒性。两种土壤蚯蚓中全量含量较高的元素对区域内部分生物具有一定重金属富集积累且尚未达到致死程度。因此，就本文研究区域而言，该区域矿渣和土壤中重金属污染并不是很重，只有M-1矿渣的浸出液产生了一定的Zn离子浸出毒性和生物毒性。两种土壤对蚯蚓产生了一定重金属富集作用，但尚未达到致死程度，因此在后续工作中需要加强对矿渣类的工业废物的关注，同时对冶炼矿区周边堆放的矿渣和土壤进行清理和无害化处理。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究内容与技术路线

1．2．1 研究内容

1．2．2 技术路线

参考文献

第二章 文献综述

2．1 冶炼矿渣的概述

2．1．1 冶炼矿渣的环境风险

2．1．2 冶炼矿渣的基本情况

2．2 固体废物的浸出标准以及生物毒理学试验

2．2．1 固体废物浸出标准

2．2．2 生物毒理学试验

2．3 冶炼矿渣重金属释放研究现状及两种生物试验的应用

2．3．1 冶炼矿渣重金属释放研究现状

2．3．2 发光菌在环境检测中的应用

2．3．3 蚯蚓在环境检测中的应用

参考文献

第三章 矿渣和土壤的污染特征

3．1 试验区域信息

3．1．1 采样区域概况

3．1．2 采样点信息

3．1．3 样品前处理

3．2 试验材料与方法

3．2．1 试验材料与工具

3．2．2 试验方法

3．3 试验结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 矿渣和土壤中重金属浸出特征

4．1 试验材料与工具

4．2 试验方法

4．2．1 样品浸出液中污染物分析

4．2．2 土壤和矿渣中重金属浸出试验

4．3 试验结果与讨论

4．3．1 不同pH条件下翻转式振荡的浸出特性结果与讨论

4．3．2 不同pH条件下水平式振荡的浸出特性结果与讨论

4．3．3 一次提取不同平衡时间下浸出试验结果与讨论

4．3．4 多次提取连续浸出试验结果与讨论

4．4 本章小结

参考文献

第五章 矿渣和土壤生物毒性试验

5．1 试验设计

5．2 材料与方法

5．2．1 供试生物

5．2．2 主要仪器材料

5．3 生物试验方法

5．3．1 费歇尔弧菌毒性试验方法

5．3．2 蚯蚓对土壤重金属的富集试验

5．4 浸出生物毒性试验结果与讨论

5．4．1 发光菌毒性试验结果

5．4．2 蚯蚓富集试验结果

5．4．3 结果与讨论

5．6 本章小结

参考文献

第六章 全文结论与展望

6．1 全文结论

6．2 创新点和不足

6．3 研究展望

作者简介

致谢