垃圾填埋场衬层系统中重金属与己酸交互作用的研究
垃圾卫生填埋以其相对费用较低、技术比较成熟成为我国现阶段采用较广泛的方式。填埋场中的重金属会随着产生的渗滤液下渗从而污染周围土壤及地下水环境，在填埋场的衬层中既有重金属的存在，也有有机酸的存在；两者的迁移行为势必会互相受到影响。为掌握重金属的迁移转化规律，有效地预防重金属对周围土壤及地下水的污染，有必要研究垃填埋场衬层系统中有机酸与重金属的交互作用对重金属的行为所产生的影响。
本文以垃圾填埋场衬层系统为研究模型，选取渗滤液中两种常见且较易发生迁移的重金属(Cd、Zn)，与垃圾厌氧酸性发酵阶段产生的、相对难以降解的代表性有机酸-己酸，进行重金属与己酸(两元体系)、重金属-己酸-重金属(三元体系)之间交互作用的研究。实验所用土样为青岛小涧西填埋场用作衬层土的亚粘土和即墨灵山填埋场用作衬层土的风化土。采用密封振荡平衡法研究重金属和己酸在土样中的吸持，Origin软件对重金属在土样中的吸附特征进行拟合，Tessier五步提取法对重金属在土样中的吸持形态进行分析，并用SPSS软件对影响重金属吸持的因素进行多元回归分析。
首先对两种衬层土的基本理化性质进行了分析，亚粘土和风化土属于弱碱性土——亚粘土pH为8.15，风化土pH为8.14。它们中的有机质含量不高，亚粘土的阳离子交换容量为16.00cmol/kg，风化土的为12.87cmol/kg。随后进行了重金属在一元体系、两元体系和三元体系中的吸持以及重金属吸持后的形态分析，主要有下列工作：
1．在研究重金属与有机酸的交互作用之前，进行了单种重金属分别在两种土中吸附平衡时间的确定实验、不同温度下的吸附行为以及pH对其吸持形态的影响实验。得到如下结论：
(1)重金属Cd在亚粘土和风化土中的吸附平衡时间为22h，而重金属Zn在亚粘土和风化土中的吸附平衡时间为24h。因此，将重金属在两种土中达到吸附平衡的时间统一为24h。
(2)温度变化对重金属的吸附量虽有影响，但其影响相对于重金属溶液浓度变化所引起得重金属吸附量的变化而言，可以忽略。
(3)只加入单种重金属溶液(即一元体系)时，重金属在土样中的吸附规律与一般吸附实验类似：当吸附量达到一定值时，它就不再随着重金属溶液浓度的增大而持续增大，因此会有一个饱和吸附量。Cd在两种土中的饱和吸附量约为31.38g/kg；Zn的饱和吸附量约为37.87g/kg。此时，相对于Henry模型、Langmuir模型、Freundlich模型而言，Temkin模型能较好地拟合重金属的等温吸附曲线。重金属Cd和Zn在亚粘土中的吸持百分数大于它们在风化土中的吸持百分数；就同一种土比较，它对Zn的吸持百分数大于对Cd的吸持百分数；随体系pH的增大，重金属在土样中的吸持百分数也相应增大。
2．在“重金属—土样”(一元体系)中加入己酸(即两元体系)，以研究有机酸对重金属吸持行为和吸持后存在形态的影响。得到结论：己酸存在时，重金属的饱和吸附量相对于一元体系时的饱和吸附量来说，其值增大了，这或许是由于土样中形成了“重金属—己酸—土样”配位体造成的。两元体系中的重金属等温吸附曲线，：Henry模型拟合的较好，这是因为在两元体系中重金属溶液浓度选取较低的缘故，重金属在土样中的吸附远未达到它在此种条件下的饱和吸附量。己酸的存在对重金属Cd的存在形态影响较大，使得以有机物结合态存在的Cd含量变大；而己酸的存在对Zn的存在形态基本没有影响。
3．两种重金属(Cd、Zn)与己酸共存体系(即三元体系)中，对重金属的吸附行为和吸持后的存在形态进行研究，得到：
(1)三元体系中，由于Cd、Zn对土样中吸附点位的竞争，它们的饱和吸附量比一元体系的变小了，而且其等温吸附曲线转折点所对应的重金属浓度也变小了。三元体系中，重金属Cd在亚粘土和风化土中的饱和吸附量约为41.91g/kg；重金属Zn的饱和吸附量约为42.09g/kg。此时的重金属吸附模型可以较好地用Trmkin模型来表征。
(2)Cd在亚粘土和风化土中随pH变化的吸持行为：单看Cd的吸持百分数随pH的变化曲线，两者有相似之处，都随着pH的增大而呈上升趋势。但用SPSS软件对它们的变化曲线进行分析时，发现对它们的吸持百分数影响最大的因素却不相同。在亚粘土中，pH对Cd的吸持百分数影响最大；而在风化土中，Zn的添加浓度对Cd的吸持百分数影响最大。 Zn在亚粘土和风化土中随pH变化的吸持行为：在两种土中Zn的吸持百分数随pH的变化趋势相似。同样用SPSs软件分析后知，pH对zn吸持百分数的影响是主要的。
(3)不管是在一元体系，还是两元、三元体系中，重金属(Cd、Zn)吸持后的形态都表现为：Cd在两种土中主要是以可交换态的形式存在，这种形态存在的重金属较容易被释放出来，易发生迁移；Zn主要是铁锰氧化物结合态的形式存在，这种形态存在的重金属相对比较稳定，不太容易释放出来发生迁移。
(4)三元体系中，Zn的加入使得以碳酸盐结合态存在的Cd含量增大，从而对Cd的释放起到促进作用；Cd的加入对Zn的存在形态影响不大。
重金属污染;己酸;垃圾填埋场;衬层系统
中国海洋大学
硕士
环境工程
金春姬
2007
中文
X705
70
2007-08-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）