制革污泥中特征污染物在包气带中的迁移机理研究

发布时间：2020-11-19 19:56

　　 我国皮革工业在快速发展的同时,也造成了严重的环境污染问题。制革污泥作为制革过程中产生的固体废弃物,由于产量大、处理成本高,往往大量被掩埋或堆置在未修防渗层的农田区,污泥中可溶性污染物随降水淋滤下渗,导致包气带乃至地下水污染。本文以河北省辛集市某制革污泥堆放场地为研究区,分析制革污泥的基本性质,在确定特征污染物为铬和氨氮的基础上,首先对研究区典型土壤剖面中铬和氨氮的污染特征及分布规律进行分析,同时,结合室内静态及动态浸出实验,研究了制革污泥中氨氮的溶解释放规律。其次,通过吸附实验和一维土柱实验研究不同介质(粉土和细砂)对三价铬和氨氮的吸附机理,揭示了Cr(Ⅲ)和氨氮共存条件下对土壤吸附氨氮的影响。最后,通过示踪实验获取介质的基本参数,利用Hydrus-1D模型模拟预测了氨氮在粉土介质中不同时间段的迁移距离,评估污泥中氨氮释放可能对包气带和地下水造成的污染风险。主要取得以下结论:1、污泥中高含量的氨氮及铬已对包气带浅层土壤造成严重污染。铬在土壤中受吸附和沉淀作用明显,难以向下迁移。但氨氮迁移较强,环境风险较大。2、固液比的减小、浸出时间的增长、温度的升高以及pH的降低均能促进污泥中氨氮的释放;淋滤实验表明氨氮快速释放,随时间推进,下降速度趋于缓慢。3、粉土和细砂对氨氮的吸附主要是化学吸附作用,氨氮的等温吸附曲线与Freundich模型拟合的相关系数较高。粉土对Cr(Ⅲ)有较强的吸附能力,Cr(Ⅲ)的存在会降低粉土对氨氮的吸附能力。4、氨氮在包气带介质中运移过程受到明显的吸附作用的影响,穿透曲线出现了明显的拖尾现象。Cr(Ⅲ)在粉土柱几乎不发生迁移,Cr(Ⅲ)在细砂柱中迁移受pH影响较大,迁移过程较为缓慢。5、在未考虑硝化作用的情况下,利用Hydrus-1D对氨氮研究区45m厚包气带中迁移过程进行模拟,表明低浓度氨氮短时间内很难对穿透包气带对地下水造成污染,而高浓度在长时间作用会造成地下水氨氮污染。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X794;X131
【部分图文】：

1 绪论研究固液比、浸出时间、温度和浸取剂 pH 值等环境因同环境条件下制革污泥中污泥中特征污染物的释放规律污染物在不同包气带介质中的吸附行为研究渗滤液中特征污染物Cr(Ⅲ)和氨氮作为研究对象，选择不细砂、粉土)对污染物进行吸附实验、一维柱模拟实验，获取污染物在不同土壤中的平均渗透系数、弥散系数、分在粉土中迁移过程模拟和静态吸附实验获取参数的基础上，通过建立数学模型浓度氨氮在包气带中迁移，总结氨氮在包气带中的迁移线

累计开展浅层包气带土壤剖面钻探3个，完成制革污泥、土壤样品采集与测试 50 余组，并对制革污泥的理化特征和其中污染物浓度等指标进行了分析，同时检测了剖面不同深度的土壤样品中铬和氨氮浓度。分析了制革污泥中铬和氨氮含量以及其在包气带埋深0-160cm 内的垂向分布规律以及污染特征，探讨制革污泥堆存状态下对包气带的污染风险。2.1 研究区概况本次研究区位于河北省石家庄市辛集，辛集市是全国著名的皮革业中心。近些年，虽然辛集皮革业发展快速、生产规模逐渐扩大，然而造成了制革污染物累积，环境污染的问题日益凸显。锚营制革工业区大约有 200 家企业，主要以从事皮革的生产、加工为主。工业区虽然已对各企业产生的制革废水进行了有效处理，但是未有效地处置大量的制革污泥，而是将其随意堆放或填埋在农田区，严重的破坏了当地的环境[51]。前期实地调研发现，虽然锚营村工业园区目前已配有相应的污水处理厂，工业园区附近沟渠无工业废水，但是在附近农田发现 2 处大面积的皮革污泥堆存场（图 2-1），气味刺鼻，附近寸草不生。

周边为农田（图2-2）。在 2014 年以前，该地区主要为荒废的农田区（未污染），2014 年以后开始在坑中大量堆放的制革污泥，污泥堆存面积约 30000m2。2017 年对该制革污泥污染场地完成异位修复处理。图 2-2 场地历史变迁图(左：污泥堆存前 右：污泥堆存后)Fig.2-2 Historical changes of the site (left: before sludge storage right: after sludge storage)2.1.2 地理气候条件研究区选择的取样地点位于河北省辛集市，辛集市位于河北省中东部，地势相对较为平坦，四季分明，属东部季风区暖温带半湿润大陆性气候，降雨主要集中在夏季，年降雨量 401.1~595.9 毫米，年平均降雨量约 480.7 毫米。年平均气温约为 12.5℃，一月份最冷，七月份最热。2.1.3 水文地质条件辛集市内无天然地表河流水系。土母质主要是滹沱河和黄河沉积物，属冲积母质。研究区内包气带介质以粉土和粉质粘为主（如图 2-3 和 2-4）。研究区属于地下水漏斗区，浅层地下水位埋深达 45m。
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本文编号：2890366