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文檔簡介
1、長期以來,土壤污染由于其“隱蔽性”、“潛在性”和“滯后性”常被公眾忽略,而我國在工業(yè)化和城市化進程中,對土壤污染問題疏于管理和保護監(jiān)督,已經導致了嚴重的土壤污染問題。特別是近三十年來,經濟發(fā)達地區(qū)在經濟發(fā)展過程中忽視了對土壤環(huán)境的保護,產生了大量污染場地。這些污染場地中潛伏有大量對人體有“致癌”、“致畸”和“致突變”作用的污染物,它們易于通過地下水或通過食物鏈在人體中富集,這給人類的生存和發(fā)展帶來了巨大危害。當前,我國缺乏可以用于實際污
2、染土壤修復的工程技術,因此,研發(fā)能用于修復這類污染場地的修復技術已經刻不容緩。本文以江蘇省某復合型有機污染場地為研究對象,采用熱處理技術對其進行了室內模擬修復和野外中試研究,論文研究成果對于國家盡快制定和完善土壤環(huán)境保護和污染治理相關法律法規(guī),研發(fā)適用于我國污染土壤修復的工程技術以及污染場地的評價具有重要意義。本文主要研究結論如下:
(1)采用有機溶劑超聲提取污染場地土壤中總有機污染物,并將其分離后作為“混合標準品”,通過
3、紫外分光光度法,建立了復合型有機污染土壤中總有機污染物的快速定量方法,為污染場地的修復和評價奠定了基礎。該混合標準品溶于正己烷和二氯甲烷中,分別于230 nm和200 nm處有最大吸收峰,且在相應最大吸收波長下,混合標準品溶于兩有機溶劑中繪制所得標準曲線相關系數均達到0.9999。在總有機污染物濃度為150~9000mg kg-1內,兩種有機溶劑提取測定總有機污染物濃度時污染物回收率在70%~120%之間。采用正己烷和二氯甲烷分別于20
4、0nm和230nm測定污染土壤中總有機污染物含量時,以未污染土壤有機質作對照來評價污染土壤自身有機質對污染土壤中總有機污染物測定的干擾時,結果表明污染土壤自身有機質對總有機污染物的測定干擾可以忽略,但采用二氯甲烷提取分析時靈敏度和重現(xiàn)性較正己烷好。污染土壤中同時添加Cu2+、Zn2+、Cr3+、Pb2+及單獨添加Pb2+、Cr3+、Zn2+和Cu2+后,它們對污染土壤中總有機污染物的測定干擾度依次為50.65%、28.65%、18.59
5、%、3.93%和1.71%,這說明這些重金屬對本測定方法均有不同程度的干擾,但本復合型污染場地重金屬含量非常低,不影響污染土壤中總有機污染物的測定。
(2)采用建立的紫外分光光度法,以總有機污染物殘留量為化學指標評價了室內模擬熱處理的效果,確定了達到污染土壤中總有機污染物去除率>85%時所需熱處理溫度及時間分別為325℃處理30 min,400℃處理20 min和500℃處理10 min。為了節(jié)約處理成本,提高修復效率,在
6、熱處理時應將土壤含水量保持在5%以下。
(3)采用種子發(fā)芽試驗、盆栽試驗、土壤呼吸及土壤酶活性試驗等生物學指標能成功表征污染土壤熱處理的效果,與化學指標具有高度的吻合性,在此基礎上建立了生物學指標和化學指標之間定量線性回歸關系。熱處理后土壤中,芝蔴種子發(fā)芽指數、黑麥草生長高度和干重均與總有機污染物殘留量呈極顯著的負線性相關關系。相應三個生物學指標分別在土壤總有機污染物殘留量為<3992 mg kg-1,<3170 mg k
7、g-1,<2906mg kg-1時能表征熱處理效果;在土壤總有機污染物殘留濃度為<1859 mg kg-1時,芝蔴根伸長抑制指數與土壤殘留污染物濃度呈極顯著的正相關關系,能用于表征熱處理的效果;總有機污染物濃度600 mg kg-1是限制土壤微生物呼吸的臨界值;在土壤總有機污染物殘留濃度為<1000 mg kg-1時土壤磷酸酶和過氧化氫酶活性被刺激,超過此濃度時酶活性被抑制;土壤脲酶、蔗糖酶和脫氫酶的活性隨著土壤總有機污染物殘留濃度增加
8、被抑制,超過1000 mg kg-1時這些土壤酶活性幾乎完全喪失。
(4)通過干篩法得到0.8~2 mm、0.05~0.8 mm及<0.05 mm三種粒徑污染土壤,進一步測定了各粒徑顆粒中污染物含量。結果表明總有機污染物含量均隨著土壤粒徑減小呈現(xiàn)減小趨勢,在粒徑0.8~2 mm、0.05~0.8 mm和<0.05 mm土壤顆粒中,總有機污染物的含量分別為5826、5149和2685 mg kg-1,相應總有機污染物含量依次
9、占42.65%、37.69%和19.65%。這可能與土壤中污染物含有部分大分子量的重油成分,其呈顆粒狀分布于較大粒徑土壤顆粒中有關。
(5)采用一級和二級動力學方程對0.8~2 mm、0.05~0.8 mm和<0.05 mm粒徑土壤顆粒中總有機污染物熱處理時去除過程進行擬合,并計算了相應熱力學參數。進一步以菲和芘為代表污染物,模擬了0.05~0.8 mm粒徑中單一性污染去除的動力學方程,計算了菲和芘去除的熱力學參數。研究結
10、果表明,225℃、325℃和400℃熱處理時3個粒徑土壤顆粒中總有機污染物去除均符合一級動力學方程,總有機污染物去除所需的活化能依次為21.5、34.1和29.7 kJ mol-1;二級動力學方程擬合時,225℃、325℃熱處理土壤中總有機污染物去除符合二級動力學方程,400℃熱處理時則不符合二級動力學方程,各粒徑土壤顆粒中總有機污染物去除所需的活化能分別為20.8、62.6和36.9 kJ mol-1,在粒徑0.05~0.8 mm土壤
11、顆粒中總有機污染物去除所需活化能最高;菲和芘的去除僅在一定溫度時符合一級和二級動力學方程,菲和芘去除所需的活化能分別為4.66~12.65 kJ mol-1和5.67 kJ mol-1。熱處理過程中,菲芘單一污染物去除所需活化能低于復合型有機污染物去除所需活化能。
(6)設計生產出熱脫附中試設備并進行了野外試驗,結果表明,熱處理設備平均運行溫度在260℃左右,土壤在熱脫附設備中停留時間維持在1~7.5 min,熱處理后土壤
12、中總有機物污染物、石油烴和多環(huán)芳烴的殘留量仍保持在較高的水平。260℃處理1 min和7.5 min時,總有機污染物含量由初始的6373 mg kg-1分別下降至5898和2902 mg kg-1,相應污染物的去除率分別為7.4%和54.5%;處理后石油烴含量與對照41 mg kg-1相比變化不大,維持在30~35 mg kg-1,多環(huán)芳烴含量則由初始的1.38 mgkg-1,下降至0.58~0.68 mg kg-1。中試熱處理土壤對植
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