锑矿区水土环境中锑污染及修复

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中国是世界上最大的锑生产国,占据了世界锑生产量的90%,锑矿主要分布在贵州、湖南、广西和云南等省区。贵州省的锑矿有100多年开采历史,锑矿的开采和冶炼导致含锑污染物释放到环境当中,对周边土壤和水体环境造成了严重污染,亟待进行修复和治理。本文以贵州省独山县和晴隆县的锑矿区为研究对象,研究锑矿区水土环境中金属的污染,运用地累积指数法评估土壤污染程度,分析矿区周围水土环境的金属危害,并针对研究区的锑污染开展修复研究。根据研究区域的水土污染状况,开展室内盆栽实验,利用植物土荆芥(Chenopodium ambrosioides Linn.)修复Sb污染土壤;利用负载β-Fe OOH的PTFE膜处理含Sb废水。主要结论如下:(1)对独山县和晴隆县锑矿区的矿渣、土壤、水等样品中19种金属进行分析发现,独山县矿区土壤中7种金属(Sb、As、Cd、Mo、Ag、Zn、Pb)超过贵州省土壤背景值,Sb为主要污染物,最高达28.3 mg/kg,是背景值(2.24 mg/kg)的12.6倍;晴隆县土壤中9种金属(Sb、As、Mo、Ag、Zn、Cu、Sc、Sr、Nb)超过贵州省土壤背景值,其中Sb为主要污染物,最高浓度达到920 mg/kg,是背景值(2.24 mg/kg)的410.7倍。地累积指数法的评估结果表明,独山研究区农田受到Sb、Cd和Zn的中度污染,Ag和Pb的轻度污染;而晴隆县研究区农田受到Sb的重度污染,As、Mo、Cu、Nb和Sr的轻度污染。此外,与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)和《污水综合排放标准》(GB8978-1996)对比发现,研究区域水体环境主要受到Sb污染。(2)盆栽实验表明,当Sb≤250 mg/kg时,土荆芥的生物量与对照相比没有显著性变化;当Sb≥500 mg/kg时,其生物量与对照相比显著性降低。土荆芥的根、茎、叶和果实四个部位的Sb吸收量随着土壤Sb浓度的增加而显著增加,其中根部的Sb吸收量最大,是土荆芥富集Sb的主要部位,且在Sb=1000 mg/kg时吸收量达到最大值(161.38 mg/kg)。在不同处理组中,土荆芥的富集系数BCF和转移系数TF均小于1,且随着土壤中Sb浓度增加显著降低,其根部富集Sb的能力显著增加,体内转移Sb的能力显著降低,说明土荆芥是Sb的根部囤积型植物,对Sb具有一定的耐受性,且对Sb污染土壤具有较好的修复效果。DGT分析表明,DGT提取的Sb浓度与土荆芥吸收的Sb浓度存在较好的相关性(R2=0.9843),说明DGT是一种评价土壤中Sb生物有效性较好的方法。对土壤微生物分析发现,随着Sb浓度的增加,土壤微生物的OTU数量随之增加,根际土的微生物群落多样性显著降低,非根际土的微生物群落多样性显著增加。(3)利用负载β-Fe OOH的PTFE膜处理高浓度含锑废水,结果表明,改性后的PTFE膜对Sb具有较好的去除效果。PDA-PEI共沉积改性后β-Fe OOH的PTFE膜去除Sb的性能(去除效率为61.23%)强于TA-PEI共沉积改性后β-Fe OOH的PTFE膜(去除效率为30.42%)。经过Fe Cl3·6H2O溶液矿化后得到负载β-Fe OOH的PTFE膜,其去除Sb金属的性能比矿化前的性能强。此外,通过PDA-PEI体系诱导β-Fe OOH改性的PTFE膜去除废水Sb的效果最佳,2h内对水中Sb的累计吸附量达到2011.39 mg/g,具有高效率、低成本以及无二次污染等优点。
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