简介概要

铬渣堆场污染土壤中重金属铬的存在形态

来源期刊:中国有色金属学报2008年增刊第1期

论文作者:杨志辉 王兵 黄顺红 柴立元 彭兵 苏长青

文章页码:372 - 376

关键词:铬渣堆场;铬污染;Tessier连续提取法

Key words:chromium slag; chromium contamination; Tessier sequential extraction

摘    要:采用Tessier连续提取ICP-AES法对湖南某厂铬渣堆场土壤中重金属铬的存在形态(水溶性铬、交换态铬、碳酸盐结合态铬、有机结合态铬、铁锰结合态铬和残渣态铬)进行分析。研究结果表明,铬渣堆场土壤铬污染严重;铬渣堆场下土壤中大部分铬以铁锰结合态形式存在,在铬渣堆场周围和离铬渣堆场5 km处未污染土壤中铬大部分以残渣态的形式存在;交换态铬和碳酸盐结合态铬在土壤各剖面层次的含量相差不是很大,而可溶性铬和残渣态铬在0~40 cm土层富集,有机结合态铬和铁锰结合态铬在40~60 cm土层富集。

Abstract: The selective sequential extraction procedure developed by Tessier was used to investigate the contents of various chromium fractions including water soluble chromium, exchangeable chromium, carbonate bonded chromium, organics bonded chromium, Fe-Mn bonded chromium and residual chromium, and their distribution in soils contaminated by chromium-containing slag in a chromate manufactory in Hunan Province. The contents of chromium in the suspensions were determined with ICP-AES. Results show that chromium-containing slag results in a serious soil contamination. And in the contaminated soils underneath the chromium slag Fe-Mn-bound chromium is the predominant fraction, while in the soils in the vicinity of slag and the uncontaminated soils, residual chromium is the main fraction. There is no obvious difference of exchangeable chromium and carbonate-bound chromium in soil profiles, but relatively high amounts of soluble chromium and residual chromium are found in 0-40 cm of soil depth and relatively high amounts of organics bonded chromium and Fe-Mn bonded chromium in 40-60 cm of profile layer.

基金信息:国家高技术研究发展计划资助项目
国家自然科学基金资助项目



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2.2  铬渣堆场不同形态铬在土壤剖面中的空间变异

土壤中水溶性铬和交换性铬都很容易被植物根部直接吸收,而土壤中的碳酸盐结合态铬的含量受土壤pH的影响很大。在低pH条件下,土壤中的碳酸盐   结合态铬很容易转化为水溶性铬,从而被植物所吸收[13],但是,研究结果表明,铬渣堆场的pH为10.02左右,因而,土壤中碳酸盐结合态铬的含量比较高,这由表1可以看出。同时,铬渣堆场下土壤中可溶性铬、交换性铬和碳酸盐结合态铬的平均含量分别为76.8、19.9和16.3 mg/kg(表1),分别占总铬含量的0.061%、0.022%和0.013%(表2);铬渣堆场周围土壤中可溶性铬和交换性铬的平均含量分别为2.97、11.43和5.67 mg/kg,分别占总铬含量的0.002 4%、0.013% 和0.006 3%;离铬渣堆场大约5 km处未污染土壤中可溶性铬和交换性铬的平均含量分别为1.77、1.47和2.50 mg/kg,分别占总铬含量的0.020%、0.017%和0.029%。由此可知,铬渣堆场处土壤中可溶性铬、交换性铬和碳酸盐结合态铬的含量极微,土壤中可溶性铬含量的最大值出现在土壤表层,而交换性铬和碳酸盐结合态铬在各层的含量相差不大。

表1  不同形态铬在土壤剖面中的含量变化

Table 1  Changes of different Cr fractions in soil profiles

表2  不同形态铬在土壤中的分配比例

Table 2  Distribution percentage of different Cr fractions in soil profiles

由表1可以看出,各土壤中有机结合态铬、铁锰结合态铬和残渣态铬的含量明显高于土壤中水溶性铬、交换态铬和碳酸盐结合态铬的含量;土壤中有机结合态铬和铁锰结合态铬在各深度的最大值一般出现在40~60 cm处,而土壤中残渣态铬在各深度的最大值一般出现在0~40 cm处;而且,在铬渣堆场下、铬渣堆场周围和离铬渣堆场5 km未污染土壤中,有机结合态铬的最大值分别为736.4、1116.3和34.0 mg/kg;铁锰结合态铬的最大值分别达到了239 7.8、1 076.5和27.7 mg/kg;残渣态铬的最大值分别达到了761.8、1 567.2和79.0 mg/kg。在铬渣堆场下、铬渣堆场周围和离铬渣堆场5 km未污染土壤,有机结合态铬的平均值分别为273.2、210.5和16.2 mg/kg,分别占总铬含量的21.7%、23.3%和18.7%;铁锰结合态铬的平均值分别为874.3、248.8和14.7 mg/kg,分别占总铬含量的69.4%、27.5%和17.0%;残渣态铬的平均值分别为233.2、407.1和50.0 mg/kg,分别占总铬含量的18.53%、45.06%和57.72%。

试验结果表明:铬渣浸出液中的Cr(Ⅵ)进入土壤以后,大部分以铁锰结合态和有机结合态为主,这一结果在铬渣堆场下的土壤尤为突出。Cr(Ⅵ)在土壤中除一部分被植物吸收、向地下水迁移以外,大部分被土壤中的铁氧化物和锰氧化物还原,减少了铬的迁移,并且还原产物Cr(Ⅲ)在铁氧化物和锰氧化物表面被吸附。有许多资料报道,土壤中的有机物以及土著微生物都能将Cr(Ⅵ)还原,减少其移动性[14-15]。因此,铁锰结合态铬和有机结合态铬是土壤中铬的主要形态。本研究结果还进一步表明,铬渣堆场污染土壤中交换态铬含量很少,在土壤全铬中所占的比例低于2.5%。据McBride研究,铬在土壤胶体表面几乎不占据吸附位点[16]。渣场污染土壤剖面中,Cr(Ⅵ)可以迁移到150 cm的土层。可见,土壤对铬的弱的吸附特性,有利于Cr(Ⅵ)向土壤剖面的迁移。

在未被铬污染的土壤中,铬大部分以残渣态的形态存在,这与陈怀满[13]提到的土壤中的重金属铬大部分以残渣态的形式存在,在正常情况下难以释放且不容易被植物吸收相一致。一般情况,未受污染的土壤,总铬含量较低,铬主要来自成土母质,这部分铬比较稳定,可能是残余态铬的主要来源。

3  结论

1) 以湖南某厂铬渣堆厂为例,铬渣堆场下和铬渣堆场周围土壤中总铬的平均含量分别为1258.1、903.4 mg/kg,分别超出土壤环境质量GB15618—1995标准的5.03和3.61倍。

2) 在铬渣堆场下土壤中重金属铬以铁锰结合态为主,在铬渣堆场周围和离铬渣堆场5 km未污染土壤中重金属铬以残渣态为主,水溶性铬、交换态铬和碳酸盐结合态铬的含量都很低。

3) 交换态铬和碳酸盐结合态铬在土壤剖面中含量相差不很大,而可溶性铬和残渣态铬的最大数量出现在0~40 cm土层,有机结合态铬和铁锰结合态铬的最大数量出现在40~60 cm土层。

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