污染底泥砷解吸规律研究

污染底泥砷解吸规律研究摘要基于底泥中砷解吸与水动力的关系,静置时间与砷沉积的关系,研究底泥中砷的解吸规律。

结果表明:对混合液的搅拌可加速底泥中砷的解吸,转速显著影响底泥砷溶出量,即转速越高,砷溶出量越多。

而当混合液放置一段时间后,水中砷量不断减少,但砷浓度的降低非常缓慢,即使放置4 h,水中砷量仍相当于地表水Ⅴ类标准的3～5倍。

研究还表明,当混合液放置30 min后,各转速间砷量没有显著的差异性。

关键词底泥;砷污染;解吸StudyonArsenicDesorptionRegularityofPollutedSedimentBEI Rong-ta 1,2WANG Le 1ZHENG Cai-qing 1ZHANG Ye-xin 1(1 Department of Environment Science & Engineering,Southwest Forestry College,Kunming Yunnan 650224; 2 College of Environment Science & Engineering,Kunming University of Science and Technology)AbstractBased on the relationship between arsenic desorption of bottom material and hydraulic power,and the relationship between laying time quietly and arsenic deposition,the desorption law of arsenic in polluted sediment was studied.The results showed that stirring mixtures may promote arsenic desorption of bottom material.Rotational speed influenced remarkably on arsenic dissolved content,that was,the faster the stiring machines rotational speed,the more the dissolved arsenic content.After the mixtures being laid quietly some time,the arsenic content in the water was reducing gradually.However,the arsenic concentration reduced slowly.Even if the mixtures were laid quietly for 4 hours,the arsenic content in the water equals still to 3～5 times of the fifth grade of surface water standard.The researches also indicated that the dissolved arsenic content was not significant different among the rotational speeds after the mixtures being laid 30 minutes.Key wordssediment;arsenic pollution;desorption河流重金属污染是危害最大的水污染问题之一。

重金属通过各种途径进入水体后,绝大部分迅速由水相转入固相,结合到悬浮物中。

结合到悬浮物中的重金属在被水流搬运过程中,当其负荷量超过搬运能力时,便最终进入底泥。

因此,底泥是水环境中重金属的主要蓄积库,可以反映河流受重金属污染的状况[1]。

带有大量重金属的底泥是污染水体的重要组成部分,底泥的重金属在一定条件下可成为水质的二次污染源,即解吸作用。

砷是类重金属,是人体非必需的元素,元素砷不溶于水和强酸,因此毒性极低,而砷的有机、无机化合物有不同程度的毒性,对人体危害很大[2]。

砷形成的氢化物AsH3为无色气体,不稳定、极毒。

砷可以形成2类氧化物,即+3价的As2O3和+5价的As2O5。

其中As2O3俗名砒霜,为白色粉末状剧毒物,是砷最重要的化合物;人口服致死量为0.66～2.00 g,某些敏感者仅服0.001 g即可引起中毒;它的用途主要是制造杀虫剂、除草剂、防腐剂以及含砷药物。

砷形成的硫化物性质稳定,毒性较低[3]。

由于底泥中的砷在水中能释放,将毒素重新解吸到水中,使人类的健康受到危害。

为此,研究底泥中砷的释放规律具有理论和现实意义。

1材料与方法1.1待测样液的准备(1)随机抽取某矿区重金属污染河流底泥样品3个,风干后磨细,过100目的尼龙筛,均匀各取2个平行样适量置于小烧杯中,待处理。

(2)均匀各取上述底泥样品20 g于烧杯中(每个样2份重复),加400 mL去离子水,置于转速为1 050 r/min(低速)的搅拌机下,搅拌15 min,立即取上液各25 mL于小烧杯内,待处理;经静置30、60、120和240 min,再各取2份25 mL上清液于小烧杯内,待处理。

(3)同上述做法一致,只是把搅拌转速分别调整为1 750 r/min(中速)和2 350 r/min(高速)。

1.2待测样液的处理(1)底泥待测样液的处理。

称取样品0.1 g于50 mL烧杯中,加7 mL硫酸(1∶1)、10 mL浓硝酸、2 mL高氯酸,置电热板上加热分解,破坏有机物(若试液变深,应及时补加硝酸)。

蒸至冒浓白烟,取下放冷,用水冲洗杯壁,再加热至冒浓白烟,以驱尽硝酸。

取下烧杯,烧杯底部仅剩少量白色残渣(若有黑色颗粒物,应补加硝酸继续分解)。

取出冷却后,清洗并定容到50 mL容量瓶中。

(2)水样待测样液的处理。

各取25 mL经处理的水样于100 mL烧杯中,加入25 mL无砷蒸馏水、4 mL硫酸和5 mL硝酸。

在通风橱内消解至产生白色烟雾,如溶液仍不澄清,可再加5 mL浓硝酸,继续加热至产生浓白烟,直至溶液澄清为止(其中可能存在乳白色或淡黄色酸不溶物)。

取出冷却后,清洗并定容到50 mL容量瓶中。

1.3砷测定(二乙氨基二硫代甲酸银光度法)(1)把消解液50 mL倒入砷发生器,加入4 mL碘化钾、2 mL氯化亚锡,摇匀,放置15 min[4]。

(2)取5 mL吸收液置于干燥的吸收管中,导气管内塞一小团乙酸铅棉,在砷化氢发生瓶中迅速加入4 g无砷锌粒,并立即将发生瓶、导气管与吸收管连接好(确保连接处不漏气),在室温下反应 1 h,使砷完全释出,取出吸收管,用三氯甲烷将吸收液体积补足到5 mL。

(3)测量。

用10 mm比色皿,以三氯甲烷为参比,在510 nm波长处测量吸收液的吸光度,并做试剂空白校正。

(4)标准曲线的绘制。

在8个50 mL容量瓶中,分别加入0.00、1.00、2.50、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00 mL砷标准使用液(浓度1.00 mg/L),加水稀释到50 mL,再分别倒入砷化氢发生瓶,并各加入4 mL浓硫酸。

按试样的操作步骤进行显色和测定。

(5)数据处理。

底泥中砷含量的计算方法:As(mg/kg)=;式中:m—由校准曲线查得的砷量(μg);W—底泥样品的干重(g)。

水样中砷含量计算方法:As(mg/L)=;式中:m—由校准曲线查得的砷量(μg);V—样液的体积(mL)。

2结果与分析2.1不同转速对底泥砷解吸量的影响为使试验具有客观实用价值,特选择来自云南省马关县小白河的底泥样品。

该河流由于长年受选矿废水的污染,水质、底泥含砷量极高,在实验室进行的解吸研究,摹拟了河流的流动状态。

从表1可以看出,试验的3个底泥样品平均含As 2 124.3 mg/kg,比土壤背景值高180多倍,可见研究区域河流的砷污染是极其严重的。

河流水中砷含量超标严重,水中平均含砷2.162 mg/L,分别超过地表水Ⅴ类标准的20倍和污水排放最高限值的4倍。

从表2可以看出,不同转速状态下,由底泥解吸到水中的砷量差异较大,表现出转速越快,砷溶出量越多的趋势,3种转速砷溶出量都远大于地表水Ⅴ类标准和污水排放最高限值。

在高速搅拌状态下,水中砷的溶出量高于污染河流水样砷的实测均值。

表3是利用SPSS软件对不同转速与砷含量进行相关性分析的结果[5]。

可以看出,转速与砷含量之间呈显著的正相关关系,即转速越快,砷溶出量就越多,但低速与中速间水质砷量相差不多。

在河流中,流速较大时有利于底泥中砷的释放而悬浮于水中,这对水质中砷污染更具潜在危险性。

2.2静置时间与砷含量的差异性分析表4是在不同转速条件下,水质中砷含量与静置时间为0、30、60、120、240 min的相关关系表。

可以看出,转速为1 050 r/min时,砷含量与静置时间的相关系数为-0.567**;转速为1 750 r/min时,砷含量与静置时间的相关系数为-0.510**;转速为2 350 r/min时,砷含量与静置时间的相关系数为-0.633**。

从总体上看,无论是用哪种转速进行搅拌,静置时间与水质砷溶出量都具有极显著的负相关关系,即静置时间越长,水质中砷量就越少,或者说水中砷浓度不断降低。

水质中砷含量在整个静置时间上的关系虽然呈极显著差异,但是,随着时间推移,各静置时间段上水质中砷的差异状况分析很重要。

表5是利用SPSS软件进行方差分析的多重比较表,表中组别“1”指0 min,“2”指30 min,“3”指60 min,“4”指120 min,“5”指240 min。

由于低速和中速方差齐性,采用LSD检验法;高速时方差非齐性,采用Dunnett′s C检验法[5]。

可以看出,低速时,F=13.454,相伴概率(Sig.)为0.000;中速时,F=4.104,相伴概率(Sig.)为0.011;高速时,F=130.309,相伴概率(Sig.)为0.000,即相伴概率均小于0.05,故总体上相差都显著,这也进一步验证了不同静置时间与砷溶出量关系是显著的。

但是,2、3、4、5组两两之间则不具差异性,说明静置30 min后,水中砷浓度的降低是逐步的、缓慢的,甚至静置4 h后,水质中砷量仍接近于0.5 mg/L,就是接近污水排放三级最高限量标准,也相当于地表水Ⅴ类标准的3～5倍,证明底泥中砷更易于解吸,可较长时间悬浮在水中。

由图1可直观地看到不同转速条件下静置时间与砷均值的关系。