基于指纹特征和显微光谱分析的固体废物重金属源解析技术

Source characterization of heavy metals is prerequisite for assessing their potential contamination pathways and environmental risks, based on which, pollution control and environmental remediation measures could be properly targeted. The objective of this project is to develop a novel methodology for source identification of heavy metals in complex solid waste. Considering the different isotope fractionation and metal transformation during a variety of physiochemical and biological processes in the whole life cycle of various waste components, advanced mass spectrometry and spectromicroscopy will be adopted to identify the small variation. Multicollector inductively coupled plasma mass spectrometry and synchrotron radiation based X-ray microbeam techniques will be used. Combining these different analytical levels and systematic analysis would yield a deeper view of the source and fate of heavy metals according to their biogeochemical information. A source identification method based on heavy metal speciation, isotopic signature, and single-particle fingerprint is then to be developed, which could provide a powerful tool for accurate source tracing and proper pollution control of heavy metals in solid waste. The methodology is of great scientific significance with both microscopic insight into the source pollution mechanisms and macroscopic insight into the source apportionment.

重金属污染物的来源与赋存形态，是科学评估其污染途径与环境风险，从而有针对性地进行污染阻断、无害化处理和环境修复的前提与依据。本项目定位于复杂固体废物样品重金属污染源解析技术研究。根据不同来源的固体废物组分在其生命周期中所经历的物理化学生物过程的不同，而重金属会产生不同的同位素分馏效应和化学转化的原理，利用先进的多接受器等离子体质谱技术和基于同步辐射X射线微聚焦的显微光谱技术，综合重金属生物地球化学信息，采用系统分类方法学，辨识重金属的不同来源和传输途径。据此建立基于重金属分子化学形态、同位素指纹和单颗粒显微光谱指纹的固体废物重金属源解析技术，从而为固体废物重金属的准确溯源和污染控制提供方法学依据。该方法学对从微观上认识重金属在固体废物中的源污染特征与污染机理，和在宏观上明晰污染源对固体废物重金属污染的贡献，具有重要的科学意义。

重金属污染物的来源与赋存形态，是科学评估其污染途径与环境风险、从而有针对性地进行污染阻断、无害化处理和环境修复的前提与依据。本项目定位于复杂固体废物样品重金属污染源解析技术研究，根据固体废物基质组分的物理化学特性，探索了粒径分级、化学提取、加标辅助XRD精修等物理化学方法锐化重金属形态分布特征的可行性，建立了基于重金属分子化学形态、同位素指纹和单颗粒显微光谱指纹的固体废物重金属源解析方法。利用同步辐射微束荧光探针技术，首次对城市生活垃圾中典型易降解组分重金属元素的微界面赋存特征进行了原位可视化表征，将多介质、多过程的混合生活垃圾系统中颗粒负载重金属运移的认知尺度由mm级拓展到μm级，并解析了这些高重金属含量细颗粒的来源和重金属空间分布特征；原位观察飞灰颗粒上痕量重金属在不同化学微环境下的分布、形态和迁移行为，通过分离重叠分布的重金属信号并结合多元统计分析方法，推测飞灰的结构形成机制。建立了生活垃圾不同物理组分及其焚烧处理产物的重金属同位素指纹图谱库，利用重金属同位素指纹，揭示了垃圾焚烧过程中各可燃组分铅的迁移和分配规律，明晰了各组分对垃圾焚烧产物（底灰、飞灰、烟气）铅的源贡献率，和垃圾组成变化时各组分铅迁移规律的转变；采用中试规模的热处理模拟设施，探明了不同热转化气氛下飞灰中铅的来源，不同组分对垃圾铅迁移的作用；通过生活垃圾焚烧厂周边土壤的同位素分析，鉴别土壤铅污染源，辨识垃圾焚烧厂对周边土壤的铅污染影响。研究结果为固体废物重金属的准确溯源和污染控制提供方法学依据。该方法可从微观上认识重金属在固体废物中的源污染特征与污染机理，在宏观上明晰污染源对固体废物重金属污染的贡献，具有重要的科学意义。