废旧阴极射线管（CRT）显示器玻壳进入土壤后铅的释放及转化

摘要：通过室内模拟试验，采用土壤连续提取法，探究废旧CRT显示器玻壳进入土壤环境后铅的释放及迁移转化过程。结果表明，土壤原始Pb总含量为28.4mg/kg；按1:20的玻壳/土壤质量比加入玻壳后土壤中Pb总含量为8634.4mg/kg，其中，溶解态和可交换态Pb（EXC-Pb）的含量为0.20～0.8mg/kg，与碳酸盐结合的Pb（CARB-Pb）为20.1～103.6mg/kg，与铁锰氧化物结合的Pb（RO-Pb）为26.7～54.3mg/kg。上述3种形态Pb的总和为48.6～155.2mg/kg。在EXC提取步骤中，直接从玻璃颗粒表面溶解的Pb含量为（0.038±0.025）mg/kg；而在CARB和RO提取步骤中，直接从玻璃颗粒表面溶解的Pb含量为（7.55±3.13）mg/kg。因此，CRT显示器玻壳进入土壤后，玻壳中的Pb释放并主要与土壤中CARB和RO矿物结合。加酸处理使土壤原位测定的pH值从8.0～8.3降低到7.1～7.5，但对土壤中Pb的形态没有产生显著影响。废旧CRT玻壳颗粒中的Pb向CARB、RO、EXC形态释放速率分别为21.1/t、3.8/t、0.15/t mg•（kg•d）-1（t为处理时间，单位为d）。当土壤pH或Eh值降低时，与CARB或RO结合的Pb可能转变为溶解与可交换态。因此，CRT玻壳颗粒进入土壤后Pb的释放会导致潜在的环境风险。
关键词：铅；CRT显示器玻壳；释放；土壤；连续分级提取；形态
中图分类号：X131.3文献标识码：A文章编号：0250-3301（2009）06-1855-05
作为电视机、计算机、示波器等电子电器设备的核心显示部件，CRT（cathode ray tube）显示器得到广泛应用[1]。随着平板电视（FPD）和液晶显示器（LCD）的迅速普及，大量CRT显示器开始进入报废阶段，成为电子废弃物中的重要部分。据估算目前每年约有500万台电脑、上千万部手机被淘汰[2]。CRT显示器中含有多种有毒有害物质，特别是CRT玻壳中含有较高的铅[3]，一台17英寸彩色显示器的铅含量为1.63kg，其中锥玻璃的铅含量占总量的77%[4]。
由于缺乏社会化的回收体系和渠道，导致大量电子废弃物未能得到分类回收和集中处理，家庭式的手工作坊成为废旧家电回收处理的主要方式[2，5]。其通常采用焚烧、破碎、浓酸浸泡等十分简单、原始的手段提取贵重金属，对于难以回收利用的废渣等往往随意堆放或随处抛弃[1]，不仅造成铅资源的浪费，而且对周围环境产生污染。
国内外对废旧CRT显示器玻壳中铅环境风险的研究主要集中在铅的溶液浸出毒性。Townsend等[6]按照美国环保局毒性浸出程序（toxicity characteristic leaching procedure，TCLP）对一些类型CRT显示器进行了铅浸出实验，表明大部分彩色CRT玻壳中铅的浸出浓度超过了5mg/L（美国环保局标准）。李金惠等[1]采用了我国的浸出方法——水平振荡法（GB5086.2-1997）对彩色CRT和黑白CRT玻壳样品进行了铅浸出实验，探讨了粒径和浸取液pH值对铅元素浸出的影响。少数研究探讨了无铅焊料合金中重金属浸出行为、垃圾渗滤液对土壤铅溶出影响和铅酸电池系统铅流分析[7～9]。一般来说，毒性浸出实验只是模拟了垃圾填埋场中最有利于废旧物中有毒物质向外迁移的环境[10]，并不能反映CRT玻壳进入土壤环境后Pb的释放及迁移转化。另一方面，土壤中重金属的生物毒性不仅与其总含量有关，更大程度上取决于其形态分布。不同的形态产生不同的环境效应，直接影响重金属的毒性、迁移及在自然界的循环[11，12]。本研究通过室内模拟实验，采用土壤连续提取法探究废旧CRT显示器玻壳进入土壤环境后Pb的释放和迁移转化，以期为处置废旧CRT玻壳提供理论依据。
1 材料与方法
1.1土壤样品采集、处理及其性质
试验土壤采集于北京师范大学校园内，为棕壤，采样深度为0～2m。土壤自然风干后，用木棒碾碎，过20目（0.9mm）的不锈钢筛备用。
1.2 废旧CRT显示器
试验采用的阴极射线管显示器取自海信TC系列29英寸彩色电视机，出厂时间约为2001年。使用螺丝刀、铁锤等钢质工具将其玻壳的锥形玻璃部分取出并进行破碎，将所得的颗粒混匀，颗粒粒径大多在1mm左右。
1.3 室内模拟试验
于2007年7月12日分别向4个聚乙烯塑料盆里放入2kg经过预处理的土壤，同时向每个塑料盆中各加入100g混匀的玻壳颗粒，将土壤与玻壳颗粒搅拌均匀。向其中2盆中各加入700mL 0.1mol/L的盐酸溶液，标记为T1-A和T1-B；向其余2盆中各加入700mL的蒸馏水，标记为T2-A和T2-B。用塑料薄膜将4个盆包住，放置于约20℃的实验室内，定时补充蒸馏水，使土壤的含水量始终保持在田间持水量左右。2007年7月23至2008年2月27日间，每隔1个月左右时间从塑料盆中采集约10g土壤样品，同时把pH电极直接插入塑料盆土壤中测定pH值。土壤样品风干、研磨过100目不锈钢筛后进行土壤连续提取试验。
1.4 土壤连续分步提取试验
连续分步提取法的步骤见表1[13]。称取1g土样，放入50mL聚碳酸酯离心管中，加入25mL 1mol/L NH4NO3溶液，振荡30min，3500r/min离心15min，上清液经0.45μm滤膜过滤后供测试。然后加入25mL 1mol/L CH3COONa-CH3COOH缓冲液于离心管中，振荡6h，重复离心、过滤程序，滤液供测试用。最后加入0.04mol/L NH2OHHCl-25% CH3COOH溶液25mL于离心管中，水浴加热3h，重复离心、过滤程序，滤液供测试用。