顺序洗涤与热处理：来自垃圾填埋场的类土壤材料中重金属的处理方法

《Journal of Environmental Management》：Sequential washing vs. thermal treatment: heavy metal management in soil-like material derived from landfills

垃圾填埋场土壤-like材料（SLM）需通过有效方法降低重金属浸出风险，本研究对比了七次水洗与不同温度（60-500°C）热处理对SLM中重金属（Cu、Zn、As、Pb、Cd等）的迁移与固定效果。结果表明：水洗显著减少As、Cr、Co、Ni浸出量，但Pb去除率低；热处理在300°C时促进Co、Cr、Mn、Ni浸出，而500°C有效固定Cu和Pb。综合比较发现，七次水洗在浸出Cu、Zn、As、Pb、Cd方面优于300°C热处理，后者在固定Cu和Pb方面更优。选择方法需结合目标金属及处理目标（浸出或固定）。

　　本研究旨在探讨一种有效的处理方式，以应对垃圾填埋场挖掘过程中产生的土壤状材料（SLM）中的重金属污染问题。SLM是城市固体废弃物（MSW）填埋场中常见的一种材料，占挖掘出的MSW总量的40%至80%。这种材料通常由富含矿物质的部分以及部分降解的有机物组成，具有一定的资源回收潜力。然而，其再利用受到重金属污染的限制，特别是对于像砷（As）、铬（Cr）、钴（Co）、镍（Ni）和铅（Pb）这样的重金属。因此，本研究通过实验比较了两种经济有效的处理方法：顺序洗涤和低温热处理（60°C至500°C），以评估它们在重金属迁移和固定方面的效果。

在研究过程中，SLM样本来自印度三个不同的垃圾填埋场，分别位于德里、海得拉巴和卡达帕。这些填埋场具有不同的历史背景和填埋高度，其中德里和海得拉巴的填埋场自1990年代末开始运营，填埋高度超过45米；而卡达帕的填埋场从1965年运营至2014年，高度约为10至12米。研究通过挖掘测试坑，收集了约5米深的MSW样本，并经过干燥、混合和筛分处理，最终获得SLM样本。共采集了21个复合样本，用于后续的分析和处理。

为了评估顺序洗涤的效果，每个样本进行了七次连续的洗涤处理，使用超纯水作为洗涤剂。洗涤过程包括将10克SLM与100毫升超纯水混合，然后在机械摇床中摇动30分钟，静置24小时后过滤并离心处理。通过这种方式，研究人员能够测定洗涤后溶液中重金属的浓度变化。研究发现，顺序洗涤在大多数金属的可溶性部分上表现出显著的减少效果，其中As、Cr、Co和Ni在第一次或第二次洗涤后就出现了大幅下降，而Pb的可溶性浓度则变化较小。这表明，对于某些重金属而言，顺序洗涤是一种高效的处理方法，而其他重金属可能需要更复杂的处理技术。

相比之下，低温热处理在60°C至500°C范围内对重金属的影响更为复杂。在300°C的处理条件下，某些金属如Co、Cr、Mn和Ni的可溶性浓度有所上升，而500°C的处理则对Cu和Pb的固定效果更为显著。这种差异可能与不同温度下有机物和黏土矿物的变化有关。例如，高温可能促使某些有机物分解，从而释放出原本被吸附的重金属，而低温则有助于形成更稳定的矿物结构，减少重金属的迁移。此外，热处理过程中可能会产生酸性副产物，这些副产物可能进一步影响重金属的溶解度和迁移能力。

研究还通过统计分析方法，对顺序洗涤和热处理的效果进行了评估。研究人员采用了广义估计方程（GEE）和广义线性模型（GLM）来分析不同处理条件下重金属浓度的变化趋势。同时，利用Wilcoxon符号秩检验，对洗涤和热处理之间重金属浓度的变化进行了显著性检验。结果表明，顺序洗涤在去除Cu、Zn、As、Pb和Cd方面具有较高的效率，而热处理则在固定Cu和Pb方面表现更优。此外，研究还发现，不同金属之间的相关性较强，这可能意味着它们在迁移和固定过程中具有一定的协同效应。

值得注意的是，尽管顺序洗涤在去除重金属方面表现出色，但它会产生大量需要进一步处理的污染水和细颗粒物。这不仅增加了处理成本，还可能对环境造成二次污染。因此，研究建议开发更高效的洗涤剂，以提高去除效率并减少环境影响。同时，热处理虽然在某些金属的固定方面效果显著，但其高能耗和碳排放问题不容忽视。此外，热处理会改变土壤的矿物结构和生物学特性，可能影响其在农业和生态修复中的应用。

本研究的结果对于垃圾填埋场的再利用具有重要意义。它不仅揭示了不同处理方法在重金属去除和固定方面的优劣，还为实际应用提供了指导。例如，如果目标是将SLM用于农业或其他生态用途，顺序洗涤可能是更合适的选择；而如果目标是将SLM用于工程建设，热处理则可能更有效。此外，研究还指出，未来的处理技术应考虑多种方法的结合，如顺序洗涤与热处理相结合，以充分发挥不同处理方式的优势。同时，还应进行生命周期评估（LCA）和技术经济分析，以评估不同处理方法在大规模应用中的可行性和环境影响。

总的来说，本研究为SLM的重金属处理提供了科学依据，有助于优化处理策略，实现资源的可持续利用和环境的保护。未来的研究可以进一步探索不同处理条件下的最佳参数，以及不同金属之间的相互作用，以提高处理效率并减少环境风险。此外，开发更环保的处理技术和更高效的洗涤剂也是值得进一步研究的方向。通过这些努力，可以更好地应对垃圾填埋场带来的环境挑战，同时为资源回收提供新的思路和方法。