多氯联苯污染土壤改性剂协同热脱附机理及实验研究

发布时间：2020-03-20 20:31

【摘要】：近年来,土壤污染日益受到重视,土壤修复技术随之成为研究的热点。热脱附技术被广泛应用于有机物污染场地修复中,污染物的去除效率主要受温度影响。为了提高热脱附效率,降低热处置成本,本文以典型电力电容器污染土壤为研究对象,提出协同热脱附处置手段,开展铁基和碱基改性剂在协同热脱附过程中对PCBs去除、降解和脱毒的影响研究；研究协同热脱附加速效应,分析化学反应动力学,并探讨了两种改性剂作用的不同机理；基于协同热脱附中试试验,进行协同热脱附技术经济性分析；构建热脱附物理模型,并进行传质传热分析,得到了以下主要结论：纳米铁有助于PCBs的去除、降解和脱毒。添加纳米铁后土壤结构变得疏松,更容易发生PCBs的脱附。在不同温度下,纳米铁有效促进了热脱附过程,且在较低温度更为显著,PCBs的去除效率和降解效率显著增加,毒性当量也有明显下降；一定温度下,纳米铁含量的增加有助于热脱附过程,土壤和烟气中PCBs同系物浓度逐渐降低,纳米铁的最佳含量是5%；在不同时间下,添加纳米铁加快了热脱附过程,纳米铁的存在对PCBs脱毒作用非常显著,60min是较为合适的热脱附时间。一级反应动力学模型能较好的拟合PCBs在纳米铁作用下的去除(R20.94)。热脱附过程中添加纳米铁确实存在着加速效应,在300℃时加速效应非常显著,当温度升高时加速效应被减弱。增加纳米铁含量强化了协同热脱附加速效应,纳米铁含量较低时,加速效应呈线性增长,随着含量的增加,加速效应逐渐趋于极限值。纳米铁的协同加速效应有助于实现有机污染物的快速热脱附。纳米铁协同热脱附的PCBs反应速率常数knZVI=0.0428 min-1,高于无纳米铁作用的反应速率常数,加速效应因子knZVI/Kblank=1.22,添加纳米铁有效提高了PCBs反应速率,降低了反应所需的活化能,PCBs脱除的活化能由3771cal/mol降低到2540cal/mol。纳米铁增加了土壤的比表面积,改变土壤粒子结构,提高了土壤导热系数,显著强化了传质传热,同时铁基参与了PCBs分子化学反应,其协同热脱附机理在于促进了：(1)土壤粒子表面吸附的PCBs的蒸发脱附；(2)与土壤粒子相结合的内部PCBs扩散；(3) PCBs的降解,包括分子的脱氯和苯环裂解。碱性化合物有助于PCBs的协同热脱附,不同温度和不同含量下NaOH的添加促进了污染物的去除、降解和脱毒,且脱氯非常显著。NaOH在热脱附过程中主要起着脱氯改性的作用,将土壤颗粒改性为多孔结构,加速了PCBs的去除,降低了体系的活化能。热脱附后土壤和烟气中的氯化度明显降低,且DiCB所占比例明显增加,一定程度下取代TrCB成为主要同系物,表明NaOH参与了热脱附过程中PCBs分子的脱氯反应。NaOH对PCBs去除、组成分布和脱氯的影响归因于热脱附过程中的碱基催化分解(BCD)反应。加氢脱氯反应机理可用来解释BCD过程中PCBs的反应路径。在较高温度下,回转窑更有助于PCBs的去除,较之静态的加热过程,滚动式的加热方式增加了土壤的受热面积,提高了热脱附过程中的传质传热系数,更快的促进了PCBs的蒸发脱附和脱氯降解。基于回转窑的中试试验,Ca(OH)2促进了土壤中PCBs的去除、降解和脱毒,500℃下添加1% Ca(OH)2的热脱附效率与600℃下无添加Ca(OH)2相当。协同热脱附大幅减少了处理单位质量土壤的能耗量,降低了处置成本,经济可行,具有实际工程应用价值。基于一定的假设和经验公式,建立了颗粒脱附传质传热模型。
【图文】：

离出来的技术手段。热，

本文编号：2592157