电子废物拆解区重金属-POPs复合污染土壤机械化学修复机制研究

Heavy metals (HMs) such as Cu, Pb, Cd and persistent organic pollutions (POPs) contained in electronic waste (e-waste) migrate into soil due to the crude primitive e-waste recycling practices such as acid leaching and open burning. It leads to the contaminated soil to be combined HMs-POPs contaminated one. So far the research on remediate HMs and POPs in e-waste dismantling area simultaneously is inadequate. The clean and efficient remediation technique simultaneous for HMs and POPs should be developed. In reaction to this problem, mechanochemical method is proposed to realize simultaneously the immobilization of HMs and degradation of POPs contained in combined contaminated soils. In this research, the HMs-POPs contaminated soil in e-waste dismantling area is chosen for mechanochemical remediation. The structural form of HMs, intermediate and final products of POPs degradation and surface free radical properties will be investigated and analyzed with nano-Fe-CaO-PO4 as addictive during mechanochemical reaction. The main factors affecting the mechanochemical remediation performance will be identified. HMs immobilization process and POPs degradation pathway will be explored and the immobilization and degradation mechanism will be proposed. The results from this research will provide the theory and technology support for the mechanochemical remediation of combined contaminated soils.

酸浸、露天焚烧等原始落后的电子废物处理方式导致其中重金属（Cu、Pb、Cd等）和持久性有机物（POPs）等有毒有害物质进入环境，使电子废物拆解区土壤成为重金属和有机物复合污染土壤。目前，对同时修复电子废物拆解区土壤重金属与POPs污染的研究不足，需开发清洁高效同步修复技术。针对该问题，本项目提出采用机械化学法实现复合污染土壤中重金属的固化稳定化和POPs的降解，而达到同步修复目的。以电子废物拆解区重金属-POPs复合污染土壤为研究对象，研究分析其与纳米零价Fe-CaO-PO4添加剂体系机械化学球磨反应过程中重金属结构形态变化、POPs降解过程及最终产物类别以及表面自由基特性，识别机械化学修复关键影响因素，探索土壤中重金属固化稳定化过程和POPs降解途径，揭示土壤中重金属和POPs机械化学固化稳定化和降解机理。本研究成果可为其他同类型复合污染土壤机械化学法修复提供理论依据和技术支撑。

非正规电子废物拆解处理方式导致重金属（Cu、Pb、Cd、Cr等）和持久性有机物（POPs）等有毒有害物质进入周围土壤环境，造成拆解区土壤被重金属和有机物复合污染。目前，针对电子废物拆解区重金属与POPs污染研究不足，需开发清洁高效同步修复技术。针对该问题，本项目提出采用机械化学法实现复合污染土壤中重金属的固化稳定化和POPs的降解，而达到同步修复目的。先后以高浓度单重金属污染土壤、复合重金属污染土壤以及多重金属-POPs（PCBs、PBDEs）复合污染土壤为研究对象，研究分析污染土壤分别与硫化物、磷酸盐、纳米铁、铁-氧化物及纳米零价Fe-CaO-PO4添加剂等体系在不同机械化学球磨条件下，土壤中重金属形态变化、POPs降解过程及最终产物类别，探索土壤中重金属固化稳定化过程和POPs降解途径，揭示土壤中重金属和POPs机械化学固化稳定化和降解机理。研究表明，机械化学球磨可降低浓度重金属污染土壤中重金属浸出浓度，如六价铬浸出浓度由原先的453.16 mg·L-1降低至0.29 mg·L-1，但纯机械化学球磨对高浓度重金属污染土壤固化处理能力有限。针对复合重金属污染土壤，筛选出最佳固化剂-磷酸二氢钙。高浓度污染土壤（Pb 6327.55 mg·kg-1、Cu 5776.53 mg·kg-1、Cd 116.03 mg·kg-1）经最佳机械化学球磨条件下（球磨转速650 rpm、添加量10%，球料比14，球磨时间4 h）处理后，土壤中Pb，Cu和Cd的浸出浓度从原始土壤的154.29 mg·L-1、177.64 mg·L-1和4.9 mg·L-1分别降低至0.083 mg·L-1、1.052 mg·L-1和0.008 mg·L-1。经机械化学球磨处理后土壤中重金属被固定在磷酸盐晶格中而实现固化，同时弱酸可提取态、可还原态等形态重金属向难溶性残渣态转化。针对重金属-POPs复合污染土壤，以纳米零价Fe-CaO-Ca3(PO4)2为机械化学球磨修复试剂，实现重金属固化稳定化，并且POPs在机械化学作用力下开环而转为无定型碳，机械化学球磨的修复过程符合宏观结构动力学模型。经过机械化学球磨修复处理后的土壤，进行模拟酸雨条件（淋溶液pH为4.0~5.0）柱淋溶实验，发现土壤中Pb、Cu和Cd基本不溶出。本研究成果可为其他同类型复合污染土壤机械化学法修复提供理论依据和技术支撑。