化学氧化技术修复多环芳烃污染土壤过程中对重金属赋存形态的影响

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多环芳烃(PAHs)由于致癌、致畸、致突变和难被生物降解的特性,在环境中危害极大。因此,PAHs污染的土壤治理已经成为国内外环境修复界共同关注的前沿热点问题之一。化学氧化修复技术由于去除率高和周期短等特点被人们广泛研究并应用于PAHs污染土壤修复工程。但是,当前化学氧化修复技术的研究多强调有机污染物的去除,较少关注其对土壤中重金属环境行为及其潜在环境风险的影响。本研究以某焦化厂PAHs污染土壤为研究对象,探究两种典型氧化剂(活化过硫酸钠和高锰酸钾)在不同投加剂量条件下对PAHs的去除作用及其对土壤中典型重金属赋存形态的影响。结果显示:在不同剂量的活化过硫酸钠和高锰酸钾处理下,PAHs去除率均随氧化剂投加量的增加而升高。在活化过硫酸钠处理下土壤PAHs含量从270 mg kg-1降到55 mg kg-1,PAHs去除率为80%,其中低分子量PAHs去除率为77%,高分子量PAHs去除率为85%。在高锰酸钾处理下PAHs含量降至28 mg kg-1,PAHs去除率为90%,高于活化过硫酸钠处理;其中低分子量PAHs去除率为93%,高分子量PAHs去除率为85%。在两种化学氧化剂处理下,土壤中典型重金属的赋存形态都发生了显著变化,而且不同金属元素的响应状况也存在差异。活化过硫酸钠处理下硝酸铵浸提的土壤中元素Ni和Co有效态含量分别升高了59和193倍,且其随氧化剂添加量的增加而升高。重金属As、Cu和Cr的有效态含量在氧化剂投加量为0.2、0.4、0.8mmol gsoil-1时随氧化剂添加量的增加而下降,但当氧化剂量为1.6 mmol gsoil-1时其有效态含量分别为处理前的9、13和111倍。相比之下,在高锰酸钾为0.05、0.10、0.20、0.40 mmol gsoil-1的剂量处理下,土壤中重金属Cu、Ni、Co和As的有效态含量随氧化剂添加量的增加而显著降低,但重金属Cr的变化趋势是氧化剂添加量的增加而显著升高。活化过硫酸钠处理下,土壤重金属Cu、Ni、Co和As的稳定形态(残渣态、有机结合态和铁锰氧化态)比例降低,不稳定形态(可交换态和碳酸盐结合态)比例增加,不同重金属的变化幅度存在一定的差异。在高锰酸钾处理下,土壤重金属Cu、Ni、Co和As的赋存形态表现为可交换态比例下降,铁锰氧化态和残渣态的比例增加,但是重金属素Cr碳酸盐结合态比例增加,铁锰氧化态和残渣态的比例下降。综上所述,活化过硫酸钠和高锰酸钾处理在有效去除污染土壤中PAHs的同时均可以显著影响土壤中典型重金属赋存形态,这可能给土壤和地下水带来潜在的重金属污染风险。因此,在应用化学氧化技术修复PAHs污染土壤时应考虑土壤中重金属赋存形态变化及其环境风险。研究结果可为化学氧化修复技术在PAHs污染土壤治理中的应用提供科技支撑。
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