增效洗脱与光催化技术联合修复氯丹和灭蚁灵污染场地土壤的效果及机理研究
发布时间：2020-06-25 23:11
【摘要】：随着我国工业化和城市化的发展和斯德哥尔摩公约履行的推进,全国有机氯农药厂相继关闭,出现大批污染严重的有机氯农药(Organochlorine Pesticide,OCPs)污染场地。有机氯农药因为具有高毒性、环境持久性、生物累积性和"三致"效应而严重危害生态环境和人类健康。我国城市化正迅猛发展,土地利用是城市发展过程中的重要内容。因此,针对我国国情,污染场地的快速修复已迫在眉睫。在国内外应用较多的有机物污染土壤修复技术中,洗脱技术因其快速、高效、成本低等特点受到广泛关注。虽然已有文献报道土壤洗脱的研究,但关于洗脱液后处理技术研究较晚。近年来,光催化技术因可高效处理有机污染物受到了研究者的广泛关注。尽管光催化技术具有处理土壤洗脱液中OCPs的潜在可行性,但国内外关于土壤增效洗脱与光催化技术联合修复OCPs污染场地土壤的研究鲜有报道。本文以江苏某地含氯丹和灭蚁灵的复合污染场地的土壤为研究对象,采用增效洗脱修复和光催化技术联合修复污染土壤。具体研究内容包括:1、采用正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、戊醇、SDS、SDBS、Triton X-100、Tween 80、PS2、HPCD、SDS/Triton X-100溶液分别对氯丹和灭蚁灵复合污染土壤进行洗脱,并优化洗脱条件。2、采用直接光解技术对洗脱液中氯丹和灭蚁灵进行降解。研究了光源对氯丹和灭蚁灵光解的影响,并初步探索了光解灭蚁灵的机理。3、研究H_2O_2/UV、Fenton/UV和异相光Fenton体系降解模拟洗脱液中的灭蚁灵;并探究了异相光Fenton反应体系对灭蚁灵的去除机理。4、采用化学合成施氏矿物与针铁矿吸附灭蚁灵,研究两种矿物对灭蚁灵的吸附类型,进一步研究了Triton X-100及pH对矿物吸附灭蚁灵的影响。5、采用预吸附灭蚁灵的施氏矿物与针铁矿进行紫外光照射,进一步研究灭蚁灵在矿物上的吸附对其光催化降解的影响。经系列试验研究,获得主要结果如下:(1)在洗脱剂均为10 mmol/L浓度下,TritonX-100、Tween 80和HPCD对氯丹和灭蚁灵的洗脱效果均较好,其次是SDS/Triton X-100和阴离子表面活性剂,最后是有机试剂。洗脱剂浓度在0-20 mmol/L范围,氯丹和灭蚁灵洗脱率逐渐增大,至10 mmol/L接近最大值,之后上下浮动。洗脱剂对氯丹和灭蚁灵的洗脱效率随超声时间均呈现出:在初始60 min内,洗脱率随时间增加而增加;60 min后,洗脱效率随洗脱时间延长轻微浮动。洗脱液对氯丹和灭蚁灵的洗脱率均随着液固比的增大而增加,至10:1后,继续增加液固比,洗脱率增加缓慢。随洗脱次数的增加,氯丹和灭蚁灵的累计洗脱率增加,但单次洗脱率明显减少。Triton X-100和HPCD洗脱氯丹和灭蚁灵污染土壤的最佳工艺参数为:浓度10 mmol/L、洗脱时间60 min、液固比10:1、洗脱3次;Tween 80洗脱氯丹和灭蚁灵污染土壤的最佳工艺参数为:浓度10mmol/L、洗脱时间20 min、液固比10:1、洗脱3次。(2)光源对洗脱液中氯丹和灭蚁灵的降解有显著影响,汞灯对氯丹和灭蚁灵降解效果好于氙灯。在500 W氙灯照射下,反应4 h,氯丹和灭蚁灵的降解率分别为76.8%、100%。在500 W汞灯照射下,反应至3 h,氯丹完全降解;反应1h时,灭蚁灵基本降解完全。紫外光照下,Triton X-100溶液中灭蚁灵发生脱氯加氢的还原反应,检测到其降解产物为光灭蚁灵。(3)H_2O_2/UV处理模拟洗脱液中灭蚁灵,其降解产物为光灭蚁灵。Fenton/UV体系中灭蚁灵的降解率为7.6%。均相H_2O_2/UV、Fenton/UV体系对模拟洗脱液中灭蚁灵的降解而言与光解相比并无明显优势。(4)生物合成施氏矿物、化学合成施氏矿物和化学合成针铁矿构成的异相光芬顿对模拟洗脱液中灭蚁灵的去除效率较高均大于73%,但额外添加H_2O_2并不能进一步提高灭蚁灵的去除率,反而降低其降解率。模拟洗脱液中去除的部分灭蚁灵被吸附在矿物表面。施氏矿物/UV体系中,灭蚁灵的降解产物为光灭蚁灵、10,10-二氢灭蚁灵和2,8-二氢灭蚁灵。针铁矿/UV体系中,检测到灭蚁灵的降解产物有开笼产物四氯苯醌。(5)化学合成施氏矿物和针铁矿对灭蚁灵的吸附均可用Langmuir方程来描述,其相关系数均大于0.99,最大吸附量分别为153 mg/g和770 mg/g。两种化学合成矿物对灭蚁灵的吸附作用随Triton X-100浓度的提高呈先上升后逐渐降低的趋势,其中以0.1 CMC为临界浓度。两种矿物对灭蚁灵的吸附量随着pH(3-9)的降低而升高。(6)预先污染的异相光催化剂中,生物、化学合成施氏矿物所吸附灭蚁灵降解率分别为25.2%、19.2%,而化学合成针铁矿中灭蚁灵的降解率可高达76.3%。Triton X-100对吸附在矿物表面的灭蚁灵解吸量少,大量的灭蚁灵仍被矿物吸附。预吸附灭蚁灵的生物合成施氏矿物、化学合成施氏矿物体系中,灭蚁灵的降解产物为光灭蚁灵、10,10-二氢灭蚁灵和2,8-二氢天蚁灵。预吸附灭蚁灵的化学合成针铁矿光催化体系中,灭蚁灵的降解产物除还原产物光灭蚁灵、10,10-二氢灭蚁灵和2,8-二氢灭蚁灵,还新增其开笼加氧产物五氯-2-丙酮、六氯丙酮、全氯-4-环戊烯-1,3-二酮、六氯-2-环戊烯-1-丙酮。因此,氯丹和灭蚁灵复合污染场地土壤可以首先采用Triton X-100进行洗脱,之后将洗脱液在针铁矿作为催化剂的异相光催化体系进行降解,可以有效地去除污染土壤中的氯丹和灭蚁灵,并将二者深入降解。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53;X592
【图文】：
去除王壤中污染物，并最终安全化处置污染物的过程（Ｓｕｎ邋Ｗａ／．，２０１２）。近年来，逡逑增效洗脱修复技术具有就地处理、设备灵活、投资相对较少、修复快速、修复效率高逡逑和广泛适用性等优点，可Ｗ满足工业污染场地的实际修复工程需求，而受到广泛关注。逡逑其典型修复工艺流程如图１－２邋（万金忠，２０１１）。逡逑洗脱液回用逡逑
添加大量的表面活性剂才能使界面张力降低到一定值（Ｌａｈａ邋Ｗ邋ａ／．，２００９）。逡逑液固比对氛丹和灭蚁灵污染止X蹋裕颍椋簦铮铄澹兀保埃啊ⅲ裕鳎澹澹铄澹福昂停龋校茫牡南赐研薷葱у义瞎缤迹玻此尽ｅ义希常峰义
本文编号：2729463
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53;X592
【图文】：
去除王壤中污染物，并最终安全化处置污染物的过程（Ｓｕｎ邋Ｗａ／．，２０１２）。近年来，逡逑增效洗脱修复技术具有就地处理、设备灵活、投资相对较少、修复快速、修复效率高逡逑和广泛适用性等优点，可Ｗ满足工业污染场地的实际修复工程需求，而受到广泛关注。逡逑其典型修复工艺流程如图１－２邋（万金忠，２０１１）。逡逑洗脱液回用逡逑
添加大量的表面活性剂才能使界面张力降低到一定值（Ｌａｈａ邋Ｗ邋ａ／．，２００９）。逡逑液固比对氛丹和灭蚁灵污染止X蹋裕颍椋簦铮铄澹兀保埃啊ⅲ裕鳎澹澹铄澹福昂停龋校茫牡南赐研薷葱у义瞎缤迹玻此尽ｅ义希常峰义
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