贵州某电解锰渣库电解锰渣固废特征研究及其对周边生态环境影响评价

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锰是我国工业生产所必需的重要原料之一,一般通过电解法制备。电解锰渣是电解金属锰工艺的副产品,含有超量的锰、氨,以及其他有害重金属元素。电解锰渣通常采取筑坝堆存处置,这有可能对周边生态环境带来潜在的污染风险。本文以贵州铜仁某电解锰渣库的电解锰渣为研究对象,采集了电解锰渣库区的电解锰渣样品,分析了电解锰渣的酸碱度、粒径分布、含水率、物相组成、形貌、化学组成等基本理化性质;并对电解锰渣进行浸出毒性实验,用改进的BCR法分析电解锰渣中主要重金属离子的赋存形式。在此基础上,对电解锰渣进行模拟淋溶实验,探究电解锰渣中主要污染物在淋溶条件下的溶出释放规律,分析淋溶后重金属赋存形式的变化,并用四种动力学方程对电解锰渣中重金属的溶出释放过程进行拟合。根据现场调研和实际情况,采集了电解锰渣库区周边的26土壤样品,分析其中重金属种类、含量,并基于地理学第一定律的加权平均插值法(IDW)分析重金属在电解锰渣库区周边土壤的空间分布特征以及土壤中各重金属的形态占比;并利用单因子污染指数法、Nemrow综合污染指数法等一系列评价方法对土壤的污染风险情况进行评价,并进一步评价了该地区土壤对周边居民的人体健康风险;对土壤污染严重区域的植物状况进行调查,确定优势植物的种类以及重金属的含量,并研究优势植物对土壤中重金属的富集情况;采集了电解锰生产车间及电解锰渣库区的空气样品,对空气样品中有机污染物进行了定性分析。主要得出以下结论:(1)电解锰渣中的主要污染物是可溶性锰和氨氮,锰的赋存形式以可还原态和酸可提取态为主,属于中等生态风险水平;电解锰渣模拟降雨淋溶实验结果表明,淋溶液p H越低,锰渣中的Mn2+的溶出速率越快,累积溶出量越高。NH4+的溶出行为基本不受淋溶液p H的影响,模拟淋溶量达到一年时,基本溶出完成。Freundlich修正式方程对Mn2+的释放拟合度最好,修正的Elovich方程对NH4+的释放拟合度最好;淋溶实验后,电解锰渣中酸可提取态以及可还原态锰比例显著降低。(2)土壤中重金属的平均含量顺序为Mn>Pb>Zn>Cu>Cd>Cr>Ni,均比贵州土壤背景值高,其中Cu、Ni、Cd和Pb的含量均高于农用地土壤污染风险管控标准规定的阈值;基于IDW插值的土壤重金属空间分布可知,电解锰渣库右侧排水沟渠周边的土壤受到了Mn、Cr、Ni和Cu的复合污染,以Mn污染最为严重,属于污染最严重区域;土壤中Mn、Ni、Cr的存在形式主要是还原态及弱酸态,Cd、Cu、Zn、Pb的主要存在形式是残渣态。(3)土壤中重金属的单因子污染指数顺序为Cd>Mn>Cu>Pb>Cr>Ni>Zn,其中Mn和Ni是重污染,Cu和Pb是中污染,综合污染指数为46781.89,属于重污染。地累积指数评价结果显示,土壤中Mn为强污染,其余6种重金属元素均为轻污染,评价结果更符合电解锰渣库区土壤污染状况。土壤重金属的潜在生态环境风险均为轻微,总的综合污染指数RI也为轻微风险。人体健康风险评价结果表明,土壤对当地儿童和成人均有非致癌和致癌风险。池塘底泥中的重金属含量较高,除Cr以外,均高于贵州土壤背景值,其中超标倍数最多的是Mn和Cd,分别超过了19.5倍和183倍,但池塘水体中并没有检出重金属。(4)在土壤重污染区域,稻李氏禾是一种优势植物,其体内所含重金属含量的顺序为Mn>Zn>Cr>Ni>Pb>Cr,其中Mn、Ni、Cr的含量超过了正常植物范畴。稻李氏禾主要是根部对重金属进行吸收,对土壤中6种重金属的转运系数均大于1,富集系数均小于1。(5)通过对电解锰生产车间和电解锰渣库顶的空气中的VOCs进行测定结果表明,电解锰渣库顶空气中的VOCs比电解锰生产车间内多出22种,其中有些VOCs的含量比电解锰生产厂房内高。电解锰渣库区空气样品中未检测出氨气成分。
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