地下水中稳定铬同位素的生物地球化学作用

铬是地下水中常见的一种变价重金属污染物,在自然界中广泛分布且应用广泛。将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)是地下水铬污染防治中的主要策略。在Cr(Ⅵ)的非生物还原过程中存在铬同位素分馏现象,通过地下水中铬同位素组成的变化情况可以定量地指示Cr(Ⅵ)的还原程度和速率。这被认为是一个重要发现,在地下水铬污染防治中有着广阔的应用前景。文中对铬与铬的来源、地下水中铬同位素的测定方法、铬同位素的生物地球化学作用、铬同位素在地下水污染防治中的应用等进行了系统综述。研究认为：微生物广泛参与地下水中铬的氧化与还原作用,并有可能产生显著的铬同位素分馏。地下水中被还原的Cr(Ⅵ)在微生物作用下有可能被活化,用非生物还原条件下的铬同位素分馏规律指示地下水中Cr(Ⅵ)还原程度可能会产生较大的误差。开展地下水中铬同位素的生物地球化学作用研究,特别是生物氧化Cr(Ⅲ)过程中的铬同位素分馏规律研究,对于更全面地认识铬同位素的指示作用具有重要意义。     

利用δ53Cr定量评价Cr(VI)还原程度的实验研究

地下水污染的原位修复是当今国际上净化地下水最具发展前景的新技术,但对铬污染地下水原位修复尚未有科学有效的评价方法。定量评价地下水中Cr(Ⅵ)的被还原程度成为保护与修复铬污染地下水的关键问题。通过室内Cr(Ⅵ)的还原实验,分析Cr(Ⅵ)在还原过程中铬稳定同位素变化规律,研究其分馏机理,探索利用铬同位素定量评价地下水中Cr(Ⅵ)还原程度的可行性。研究结果表明:Cr(Ⅵ)在被还原成Cr(Ⅲ)过程中,发生明显的同位素分馏,即反应物中53Cr逐渐富集,同时生成物中52Cr逐渐富集;分馏过程可用瑞利分馏模型描述,分馏系数α为常数0.99842。表明δ53Cr能够定量评价水体中Cr(Ⅵ)的还原程度,为评价地下水铬污染修复提供了新途径。     

利用δ~(53)Cr定量评价Cr(Ⅵ)还原程度的实验研究

地下水污染的"原位修复"是当今国际上净化地下水最具发展前景的新技术,但对铬污染地下水"原位修复"尚未有科学有效的评价方法。定量评价地下水中Cr(Ⅵ)的被还原程度成为保护与修复铬污染地下水的关键问题。通过室内Cr(Ⅵ)的还原实验,分析Cr(Ⅵ)在还原过程中铬稳定同位素变化规律,研究其分馏机理,探索利用铬同位素定量评价地下水中Cr(Ⅵ)还原程度的可行性。研究结果表明:Cr(Ⅵ)在被还原成Cr(Ⅲ)过程中,发生明显的同位素分馏,即反应物中53Cr逐渐富集,同时生成物中52Cr逐渐富集;分馏过程可用瑞利分馏模型描述,分馏系数α为常数0.99842。表明δ53Cr能够定量评价水体中Cr(Ⅵ)的还原程度,为评价地下水铬污染修复提供了新途径。     

天然水铬污染与其同位素组成的相关性研究

Cr(Ⅵ)作为水体中重要的污染物质,其同位素组成对水体环境变化具有较强的敏感性.铬在氧化还原过程中产生明显的同位素分馏作用,根据水体中铬的同位素组成可指示水环境中Cr(Ⅵ)的还原程度.笔者以黄石某无机盐厂周围污染水体为例,对天然水体中的铬污染及其同位素组成的相关性进行了分析研究.     

一阶导数分光光度法同时测定水样中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)

环境水样中的铬通常以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的形态存在,不同价态的铬产生不同的生理作用,对不同价态铬进行准确分析是必要的。目前Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的测定方法大多数是先分离后再测定,或先测定出Cr(Ⅲ)或Cr(Ⅵ),然后通过氧化或还原测定铬的总量,再差减法计算出另一价态铬的含量,此操作复杂,并且在处理过程中易导致价态的改变,误差较大,精确度难以保证。本文用一阶导数分光光度法消除了Cr(Ⅲ)对Cr(Ⅵ)干扰,能同时测定Cr(Ⅲ)或Cr(Ⅵ)的含量。混合水样中加入显色剂EDTA-2Na,调节溶液pH在3～3.5,恒温水浴70℃条件保持加热15min,测定吸光度,导数间隔因子为10nm求一阶导数,在波长330nm处Cr(Ⅵ)吸光度一阶导数有最大值,而在此波长处Cr(Ⅲ)-EDTA络合物吸光度一阶导数值为0,可用一阶导数分光光度法测定Cr(Ⅵ)的含量,在Cr(Ⅲ)-EDTA的最大吸收波长543nm处测溶液吸光度,直接测定Cr(Ⅲ)的含量。在优化实验条件下,Cr(Ⅲ)线性回归方程为A=0.0036ρ-0.0002(r~2=0.9999),线性范围为0～120mg/L,检出限为0.006mg/L;Cr(Ⅵ)线性回归方程为D=0.00072ρ-0.00013(D为一阶导数值,r~2=0.9996),线性范围为0～100mg/L,检出限为0.005mg/L。Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)加标回收率为97.8%～102.6%。该方法能够满足废水中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)分析测试要求。     

多种铁改性和未改性生物炭对模拟地下水中六价铬的去除

为了研究不同类型的生物炭对模拟地下水中去除Cr（Ⅵ）的影响，选用杨木、柳木、桃木和松木为原料，分别在300℃和600℃热解温度下，制备不同粒径、经氯化铁改性的和未改性的20种生物炭，设计了一系列批实验，探究不同种类的生物炭对模拟地下水中Cr（Ⅵ）的去除效果；并采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线近边吸收光谱（XANES）研究了生物炭去除Cr（Ⅵ）的机理。结果表明：在300℃下热解制成的改性生物炭，对Cr（Ⅵ）去除率均达到了99.0%以上；和粒径2 mm的生物炭相比，粒径<0.5 mm的生物炭对Cr（Ⅵ）有更好的去除效果；拟一级动力学方程较好地描述了300℃热解温度下杨木铁改性生物炭（FeCl3BC300Y）对Cr（Ⅵ）的去除过程。XANES分析结果表明，FeCl3BC300Y中的铬以三价的形态（Cr（Ⅲ））存在，FTIR分析表明羟基和羧基参与了Cr（Ⅵ）的去除。生物炭通过氧化还原和络合作用去除Cr（Ⅵ）。铁改性生物炭有望作为可渗透反应墙的填充材料，成为修复Cr（Ⅵ）污染地下水的新型材料。     

基于硫酸盐还原菌作用的油菜秆固定床处理模拟含Cr（Ⅵ）废水

探讨了固定床除Cr工艺以油菜秆为微生物生长的缓释碳源,含SRB的混合微生物和油菜秆对Cr（Ⅵ）的还原和固定的共同作用。动态实验分2阶段开展：初始2周的驯化阶段和梯度增加Cr（Ⅵ）浓度的除Cr实验阶段。除Cr实验中,间歇对固定床出水pH、氧化还原电位、SO42-及硫化物浓度、DOC、Cr（Ⅵ）浓度进行测试,实验结束后对固定床中固体产物进行SEM、EDS和XPS等分析。结果表明,油菜秆固定床处理模拟含Cr（Ⅵ）废水效果明显。当进水Cr（Ⅵ）浓度ρ[Cr（Ⅵ）]〈19.52 mg/L时,出水Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）浓度均低于排放标准（0.05 mg/L）;Cr（Ⅵ）被还原为Cr（Ⅲ）,Cr（Ⅲ）以氢氧化物的形式沉淀附着于油菜秆和其它固体物质之上。分析认为,油菜秆在固定床处理模拟含Cr（Ⅵ）废水中所起的作用主要包括3方面（作为微生物生长的缓释碳源;吸附Cr（Ⅵ）,降低其对微生物的毒性;作为Cr（Ⅲ）矿化产物的沉淀附着界面）;Cr（Ⅵ）主要通过SRB的直接作用及H2S的作用被还原为Cr（Ⅲ）;以油菜秆为碳源的固定床处理Cr（Ⅵ）的浓度上限介于15.05～19.52mg/L之间。     

乳化植物油强化土著微生物修复中高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水

以天然细砂为微生物来源,模拟研究了乳化植物油强化原位生物修复中高浓度Cr（Ⅵ）污染地下水的可行性,考察了修复效果及修复过程中地下水质变化及产物的稳定性。结果表明,反应77 d后,Cr（Ⅵ）质量浓度分别从20.0、30.0、50.0、80.0、110.0 mg/L降低到0.0、5.8、19.0、43.6、65.8 mg/L,去除率分别为100.0%、80.7%、61.9%、45.5%、40.2%。反应后介质中Cr形态分析表明,其主要以能在自然条件下稳定存在的铁锰结合态和有机结合态形式存在。此外,随反应进行,实验体系逐渐呈弱酸性环境,pH为5.80~6.70。当Cr被完全还原后,体系会发生异化铁还原,Fe（Ⅱ）质量浓度逐渐升高,最高可达117.0 mg/L,最终形成二价铁矿物。综上所述,天然细砂介质中的土著微生物能够利用乳化植物油强化并还原地下水中的中、高浓度Cr（Ⅵ）,且产物能够在自然状态下稳定存在,修复过程对地下环境的影响较小。     

青海海晏海北化工厂地下水Cr(Ⅵ)污染机理及治理方案

为研究青海省海晏县海北化工厂地下水Cr(Ⅵ)污染治理方案,在深入分析青海省海北化工厂一带环境水文地质条件、历年地下水及地表水环境Cr(Ⅵ)监测资料、地下水Cr(Ⅵ)点状污染源现状规模、污染羽空间展布特征以及地下水污染途径等的基础上,分析了海北化工厂地下水Cr(Ⅵ)污染地下水污染机理。基于此,从保护水环境的角度,经多方案比选,推荐可渗透反应墙(PRB)技术为修复治理海北化工厂Cr(Ⅵ)污染地下水的最佳方案。     

化学还原-稳定化联合修复铬污染场地土壤的效果研究

六价铬是国际公认的47种最危险废物之一,研究铬污染土壤的修复效果对污染场地风险管控具有重要的现实意义。本文以济南市某典型铬污染场地土壤作为研究对象,提出了"化学还原+固化稳定"的修复治理思路,针对修复剂类型、投加比、反应时间、还原效率、修复成本和环境效应等因素,确定了该修复工艺的最佳条件,并对污染土壤的修复效果进行评价。结果表明土壤中Cr(Ⅵ)的最佳修复条件为:以氯化亚铁作为化学还原剂,其投加比为5倍的理论投料比,还原时间为2天;以钙镁磷肥作为稳定剂,其投加比为10%(换算成钙镁磷肥与总铬的质量比为72∶1)。采用以上条件修复铬污染土壤,总铬的生物可利用系数由0.4398降低至0.0017,修复后的土壤Cr(Ⅵ)含量介于0.315～0.501mg/kg,Cr(Ⅵ)被还原率大于99.5%。该结果可为土壤修复和决策提供依据。     

铬的迁移形式、成矿机理新探

通过对地球深部富氢流体、若干金属氢化物及合金氢化物的形成条件与性质、铬矿物的化学成分及其共生伴生矿物的研讨,结合铬铁矿成矿的地质背景,认为铬氢化物、铬合金氢化物是铬成矿的主要迁移形式。它们从地球深部富氢强还原环境随岩浆迁移至地壳浅部,由于H2,CO,CH4等逃逸、氧化,氧逸度大增,温度、压力下降,铬氢化物和铬合金氢化物分解、氧化、固化富集成铬矿床。     

芽孢杆菌Cr23还原Cr6+的初步研究

硫酸盐还原菌(Sulfate reduction bacteria)是一类在土壤或水体重金属污染生物修复中能够发挥重要作用的微生物类群。本实验采用摇瓶培养和还原率的测定方法,研究了一株采自海岸潮间带土壤的SRB芽孢杆菌还原Cr6+的效率及培养条件对其还原Cr6+效率的影响。结果显示该菌株可在Cr6+浓度600 mg/L条件下正常生长,300 mg/L浓度下的生长最佳,Cr6+还原率高达75%。培养液中的碳源、氮源和pH对该菌株的Cr6+还原率有显著影响,其中以乙酸钠或柠檬酸钠为碳源,硝酸钠为氮源的还原效率最高;初步结果显示,菌株Cr23是一株环境适应性和Cr6+还原能力较强的SRB,具可应用于土壤或水体铬污染修复的潜力。     

离石黄土对Cr3+的去除及对Cr3+形态分布的影响

选取离石黄土中的黄土及黏土层和重金属铬作为研究对象,通过等温吸附实验及Tessier法形态提取实验,分析了Cr3 在离石黄土中的存在形态,并对其分布规律进行了比较,研究了离石黄土对Cr3 的去除机理.实验结果表明:黄土及黏土层对Cr5 均有很好的去除效果,吸附率超过98%.当初始质量浓度ρ0＜100 mg/L时,其等温吸附曲线属Henry型.形态提取研究发现:黄土及黏土层对Cr3 的吸附形态以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态为主,两者的总和都在95%以上,有机质结合态较少且相对稳定.受黄土及黏土层化学成分差异的影响,它们对Cr3 的去除在形态分布上存在一定差异,黄土中Cr3 的形态分布:碳酸盐结合态＞铁锰氧化物结合态＞有机质结合态＞可溶态＞可交换态;黏土层中Cr3 的形态分布:铁锰氧化物结合态＞碳酸盐结合态＞有机质结合态＞可溶态＞可交换态.     

津巴布韦舒鲁圭透镜状铬铁矿成因

通过对津巴布韦舒鲁圭透镜状铬铁矿地质背景、构造控矿特征、矿体赋存空间特征、蚀变岩组合、矿石结构构造特征的总结分析,提出舒鲁圭铬铁矿流体成矿假说,认为太古宙超基性杂岩侵入的同时,富含铬合金氢化物的H2-CH4超临界流体沿构造带侵入到地壳浅部,并与构造带内水混合,水与铬合金氢化物发生化学反应,产生的铬尖晶石沉淀在构造带内,形成透镜状铬铁矿体。     

ANC,BNC and mobilization of Cr from polluted sediments in function of pH changes

During the manufacturing of chromate salts (1972–1992) large quantities of Chromite Ore Processing Residue (COPR) were released into a decantation pond east of the former chemical plant of Porto-Romano (Durres, Albania), giving rise to yellow colored pond sediments. These Cr(VI) bearing sediments were deposited upon Quaternary silty-clay lagoonal sediments rich in iron oxides and organic matter. The pH values in these lagoonal sediments vary around 6.6, while in the pond sediments, it is mainly acidic (due to the presence of the sulfur stock piles in the area and the release of the H₂SO₄ from the activity of the former chemical plant), varying between 1.4 and 3.8. Continuous leaching of the COPR waste resulted in yellow-colored surface water runoff. The prediction of pH changes in the different types of sediments based upon acid/base neutralizing capacity (ANC/BNC) jointly with the quantitative data on release of heavy metals and especially Cr is considered an important advantage of the pH_stat leaching test if compared to conventional leaching procedures. Thus, factors controlling the leaching of Cr(VI), Cr(III), Ca, Al, Fe, Mg from the COPR were investigated by means of pH_stat batch leaching tests and mineralogical analysis. Moreover, mathematical and geochemical modeling complemented the study. The COPR in the area contain very high concentrations of chromium 24,409 mg/kg, which mainly occurs as Cr(III) (75–90%) as well as Cr(VI) (25–10%). The leaching of Cr(VI) occurs in all the range (2–10) of the tested pH values, however, it decreases under acidic conditions. Beside some reduction of Cr(VI) to Cr(III), the Cr(VI) content of the leachtes remains relatively high in the acidic environment, while the limning of Cr(VI) pond sediments will increase the release of the latter specie. The leaching of the Cr(III) occurs strictly under acidic conditions, whereby limning of these sediments will give rise to the lower solubility of Cr(III). The key mineral phases responsible for the fast release of the Cr(VI) are: the chromate salts (i.e. sodium chromate and sodium dichromate), while sparingly soluble chromatite (CaCrO₄) and hashemite (BaCrO₄) release Cr(VI) very slowly. Thus, pH and mineral solubility have been identified as key factors in the retention and the release of the hexavalent CrO₄ ²⁻ and Cr₂O₇ ⁻ from the COPR-rich pond sediments.     

地质样品中高精度铬同位素分析纯化技术研究进展

随着多接收器热电离质谱仪(MC-TIMS)和多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)的发展,高精度铬(Cr)同位素测试已成为可能。铬同位素在地球、环境、农业生态和宇宙化学等科学领域中已显示出良好的应用潜力。然而,样品的纯化分离、干扰和仪器质量分馏的校正,依然是制约铬同位素高精度测试的重要因素。本文在近年来铬同位素分析技术最新进展的基础上,结合本课题组已有的研究,对陨石、地质和环境等各类样品中铬同位素的分离纯化方法、MC-ICP-MS测试中干扰与质量歧视校正等进行了详细综述。本文认为,阴阳离子树脂交换联用与过硫酸钾等强氧化剂的结合,可以进行低铬高基质样品的有效纯化,是一种较为普适性的纯化方法。使用铬同位素双稀释剂校正质量歧视效应,在MC-ICP-MS的中高分辨与静态测量模式下,不仅可以有效分开多原子离子的干扰,而且也可以进行高精度铬同位素分析,其δ~(53/52)Cr的分析精度与TIMS相当,可以达到0.04‰(2SD),且最低测试浓度可低至10ng,能够实现超微量铬的同位素分析。     

Cr(Ⅵ)抗性菌株的筛选及其Cr(Ⅵ)去除特性研究

采用微生物分离纯化方法,从制革厂含铬污泥中筛选分离Cr (Ⅵ)抗性菌株,并研究菌株对Cr(Ⅵ)的去除能力.共分离得到对50 mg/L Cr(Ⅵ)去除率大于50%的菌株20株,16S rRNA基因测序结果表明这些细菌主要属于Acinetobacter、 Microbacterium、Leucobacter、Ochrobactrum和Brachymonas属.对其中7株细菌,考察了菌株生长期、pH值和Cr(Ⅵ)浓度对菌株去除Cr(Ⅵ)效果的影响,结果表明,细胞在有较高代谢活性的条件下具较高的Cr(Ⅵ)去除能力;pH值对菌株去除Cr(Ⅵ)的能力具有显著影响,在50 mg/L Cr(Ⅵ)、pH值为7～8的条件下,Microbacterium属16号和21号菌株在36 h时对Cr (Ⅵ)的去除率达80%～95%;高浓度的Cr(Ⅵ)抑制菌株对Cr(Ⅵ)的去除能力,其中21号菌株在110 mg/L的Cr(Ⅵ)浓度下去除效果最佳,Cr(Ⅵ)去除率达80%.     

菲律宾迪纳加特岛汇洋镍铬矿区铬铁矿成矿地质特征

菲律宾迪纳加特岛汇洋镍铬矿区发育板块碰撞成因的蛇绿岩,主要岩性为纯橄岩和方辉橄榄岩,与铬铁矿化关系密切,在纯橄岩和方辉橄榄岩的过渡带中铬铁矿化较为集中,铬铁矿多呈薄层块状或浸染状与围岩岩性条带呈"互层状"产出,块状、浸染状的铬铁矿重复出现;矿区内原生铬铁矿化非常普遍,虽然未构成原生铬铁矿体,但为次生红土型铬铁矿的成矿提供了丰富的物质来源。矿区内第四系中赋存有残坡积红土型铬铁砂矿,并与同类型镍矿共生;铁质红土层是最佳的含矿层位,松散状红土层次之;铬铁矿体呈层状、似层状,有3个铬铁砂矿化区,矿体厚度5~7m,铬铁矿品位w(Cr2O3)=2.0%~4.1%。