英语原文共 7 页
危险性材料学报
用于供水和排水的运河沉积物中的重金属:动员和控制战略
关键词：沉积物重金属污染；加工；砖；热惰化处理；连续提取
摘要：为供水和排水而维修运河的一个最关键的方面是管理沉积的沉积物，这些沉积物必须定期清除。沉积的沉积物如果含有超过特定法律限度的人为污染物，就必须作为工业废料储存，从而造成额外的经济和后勤问题。我们的研究考虑了来自波河南岸附近的污染沉积物，以表征不同矿物种类的重金属，从而确定其矿化的有效处理方法，并提出可能的回收过程。我们的结果表明，这些沉积物的组成适合生产瓷砖和砖。通过多次试验，优化了样品处理等工艺参数，取得了令人鼓舞的效果。对燃烧产物的释放试验表明，所有的重金属都得到了很好的保留。
- 简介
人类活动产生的重金属可以在沉积物中以多种化学形式积累，这取决于环境的物理和化学约束[1,2]。如果沉积物受到污染，就会导致食物链中有毒元素的逐渐聚集，并导致生态系统的深层改变，从而可能对人类健康产生有害影响[3,4]。因此，在经济发达的国家，环境保护的法律规制越来越严格，既要解决环境保护的关键热点问题，又要防止未来出现问题。明确的限制是固定的，以细分无害的材料从潜在的有毒物质，这些需要处理的有毒工业废料[5]。这一规定也适用于来自排水和灌溉渠道的沉积物。在运河河床上不断堆积的沉积物需要定期清除，以防止流量明显减少，从而降低运河的效率或最终使其完全无法发挥其预期的作用。沉积物中重金属(或其他污染性物质)的浓度超过特定法律规定[6]的限值时，需要作为危险工业废物处理，从而引入了一个约束条件，同时考虑到灌溉和排水渠道，如果不是不可能实现的话，就是不切实际的。一个方便的回收程序可以是生产瓷砖和砖。不同温度下的燃烧试验表明，污泥和工业废弃物可安全作为建筑材料生产的原料[7-11]。同样地，冶金工业的废料也可以用来生产惰性玻璃或耐火材料(例如从富含铬的废料开始)。
这项工作研究沉积物充填排水和供水运河从面积接近波河南边,包括意大利三省(北摩德纳,西费拉拉和曼图亚南部),与一个特定的焦点运河服强烈的农业和/或工业活动和定期收集废水和城市径流。沉积物中含有丰富的粘土矿物、长石和石英，还含有大量的重金属，可以根据环境条件进行动员。为此，采用顺序萃取法对重金属(Zn、Ni、As、Cr、Pb、Cd、Hg)的富集进行了研究。考虑到污染沉积物的矿物学成分适合于砖瓦生产，对其回收利用技术进行了研究。高温处理还会导致高温相和玻璃的形成，从而显著提高重金属在最终产品中的保留率，即使是在极端的环境条件下。最后，对燃烧后的产品进行 图1 收集样本地区的地图
了多种处理，测试了不同环境条件下污染物的释放情况。
- 材料和研究方法
2.1 采样位置和采集
取样工作主要在冬季进行，此时大部分水渠处于最低水位，同时涉及排水和灌溉水渠。所有采样点都位于巴达纳平原的中东部地区，距离波河以南几公里(图1)。运河中重金属的存在一般与(i)沉积物母岩组成和(ii)人为影响有关。在研究区，由于沉积物主要来源于亚平宁[12]地区的沉积岩，因此与母岩相关的影响不显著。因此，取样地点应靠近主要工业和农业场址或废水收集站(A组，样本从S1至S6)，并尽可能远离任何直接受人类活动污染的场址(B组，样本S7和S8)。采用人工取样器，取胡萝卜直径约60-70毫米，长度约200毫米，从距离河岸约1米的8条不同渠道收集沉淀物样本。每个胡萝卜的顶部(约20毫米)被移除。四分法之后,样品从宏观有机物质被释放,悬浮在水中,动摇,在30℃风干最后成粉。
2.2 试剂
珍珠岩，意大利珍珠岩s.r.l。常被用作燃烧过程中的添加剂。为火山玻璃，成分介于里奥岩和达克岩之间。加热时膨胀放水，降低了混合物的熔融温度，使试样具有良好的外观和力学性能。
样品的化学处理和仪器的校准分别采用分析试剂级和标准溶液。
2.3 分析方法
2.3.1 x射线粉末衍射
用x射线粉末衍射法测定了其矿物组成。X射线模式收集25 - 1200°C之间的温度范围内使用飞利浦X射线衍射仪小型专业版，配备超能探测器区域检测器和AntonPar 16原位加热装置(铜Ka辐射、石英作为标准,6范围3 - 75°)。
2.3.2 热分析
通过热分析和热行为评估进化气体的质谱进行~ 25毫克的每个示例使用一个精工SSC 5200热分析仪(温度范围从25到1100°C;加热速度10°C /分钟,他气流量100(aL / min)配备ESS GeneSys Quadstar 422质谱仪(多个离子检测模式)。
2.3.3 化学分析
收集的沉积物经过两种消化程序;硝酸-花蕊酸总酸消化法(表1a)和第2.4节和表2所述的顺序萃取法。通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES) PerkinElmer Optima 4200DV测定溶液中Zn、Ni、As、Cr、Pb、Cd和Hg的含量。
表1b是在3g细粒试样上通过x射线荧光(Philips PW 1480)得到的主要元素分析结果，之后仅报道了两个样品，作为热惰性试验的参考。
表1a 八个样品中微量元素含量(ppm)
|
S1 |
S2 |
S3 |
S4 |
S5 |
S6 |
S7 |
S8 |
|
|
As |
0.557 |
0.997 |
0.696 |
0.539 |
0.837 |
0.904 |
0.139 |
0.134 |
|
Cd |
3.72 |
5.84 |
4.07 |
3.16 |
4.90 |
5.29 |
1.41 |
1.83 |
|
Cr |
45.2 |
42.6 |
37.7 |
95.0 |
64.6 |
44.9 |
20.3 |
39.7 |
|
Hg |
0.324 |
0.570 |
0.398 |
0.308 |
0.478 |
0.516 |
0.079 |
0.0771 |
|
Ni |
70.4 |
222 |
71.4 |
102 |
80.2 |
73.9 |
19.7 |
42.7 |
|
Pb |
38.3 |
215 |
47.5 |
156 |
194 |
415 |
14.2 |
41.0 |
|
Zn |
158 |
938 |
172 |
719 |
1071 |
1684 |
61.5 |
72.8 |
表1b 两个样品的主要元素含量(氧化物百分比)
|
wt (%) |
Na2O |
MgO |
Al2O3 |
SiO2 |
P2O5 |
K2O |
CaO |
TiO2 |
MnO |
Fe2O3 |
|
|
S2 |
12.7 |
1.49 |
3.79 |
12.6 |
52.7 |
0.36 |
1.95 |
8.60 |
0.57 |
0.09 |
5.11 |
|
S8 |
15.7 |
0.75 |
3.41 |
15.0 |
46.0 |
0.23 |
2.45 |
9.86 |
0.61 |
0.08 |
5.84 |
wt(%)表示在1000℃时重量损失。
采用1.5二苯卡巴嗪比色法测定浸出液的Cr(VI)/Cr(III)比值。
2.4 顺序提取过程
沉积物中重金属的流动性取决于多种因素，如其化学形态和环境条件。序贯萃取法被广泛应用于研究土壤和沉积物中微量元素从固相到液相的运移和元素形态。该技术特别适用于重金属等次生微量元素[14,15]。事实上，当重金属通过人类活动进入环境时，通常以可溶性阳离子的形式存在，占据矿物的交换场所，并且/或与有机物有关。顺序提取法的主要目的是在操作上定义元素的细分，在许多情况下，这些细分直接关系到元素的潜在责任或生物有效性。因此，用一系列选择性试剂对样品进行处理，这些试剂依次溶解负责保留微量元素的不同的微量组分或化学物质，同时模拟环境条件的各种可能的自然和人为变化。虽然顺序萃取法作为建立沉积物中元素分馏的一种广泛实用的工具出现，但该方法的重现性低，传播误差大，操作条件影响大，影响结果。为此，提出了多种使用不同试剂、不同试剂序列、不同实验条件的实验方案。
在本研究中，我们仔细应用了修改后的BCR协议[16-18]。该方法将金属分为四种目标相，即:水溶性和可交换性、还原性、氧化性和残余物。考虑到粘土矿物是研究沉积物的主要组成部分，进一步细化了改良BCR方案的步骤1，以确定重金属是粘附在矿物表面(步骤1，表2)，还是粘土矿物夹层位点(步骤2，表2)。
2.5 受污染沉积物的热惰性
用于加热和惰性试验的样品由不同的相组成，很好地符合瓷砖和砖的制造要求。因此，我们可以假设以下参考成分是所有测试收据的一个很好的近似:即样本(38%)，代表在不同地点收集到的原材料进入运河，水(52%)和珍珠岩(10%)。因此，该混合物粉末状10米，干燥24小时在1000摄氏度。干燥后的物料再次粉状5 m，再以6%的重量加湿器依次加湿器过滤(筛网:1mm)。将每个试样按固定量(11 MPa, 6s)， 700C去湿24h，最后进行高温加热循环。挤压试样也采用适当的设备制作，当最终干燥至70c时，原料未完全干燥，仍具有良好的塑性。
压制样品在950和1200摄氏度两种不同的温度下热惰性化。根据热分析和衍射证据标定了加热速度。挤压样本热治疗在950°C,根据砖行业惯例,延长加热时间比在更高的温度下所需的治疗。
表2 化学试剂和分析条件为优化的BCR顺序提取程序与最终的王水消化
|
步骤 |
分部 |
化学试剂和条件 |
|
1 |
水溶性和可交换性的 |
将1000毫 |
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
