SDS淋洗修复甲苯污染土壤及其再生技术的研究

发布时间：2020-03-29 17:47

【摘要】：表而活性剂淋洗修复疏水性有机污染土壤是一项非常有效的治理技术。但是淋洗出来的废水排放前必须经过一定的后处理过程,其中传统的物理处理一般只能分离表而活性剂和目标污染物,而多数的生物和化学处理方法,可能会同时降解淋洗液中的表面活性剂和目标污染物。因此,基于硫酸根自由基(S04·-)选择性优先降解口标污染物的技术,为淋洗液的再生及其重复利用提供了有效的技术支持。本论文以淋洗修复BTEX污染土壤为基础,首先研究了阴离子表面活性十二烷基硫酸钠(SDS)淋洗修复甲苯污染土壤的效果,优化了淋洗条件对土壤甲苯去除的影响；再以不同活化过硫酸盐(S2O82-, PS)方式产生的S04·-选择性氧化甲苯再生淋洗液,分别研究了亚铁离子(Fe2+)活化、电(EC)协同亚铁离子活化、紫外光(UV)活化和超声(US)协同UV活化体系再生淋洗液的效果；最后选取了选择性氧化效果较好的UV活化PS体系再生淋洗液,考察再生淋洗液的修复效果。 (1)选用SDS淋洗修复甲苯污染土壤。淋洗过程能有效去除土壤中甲苯,甲苯的去除率随着淋洗时间、SDS浓度和淋洗流速的增加而增加。响应面(RSM)Box-Behnken Design (BBD)模型优化淋洗修复的结果表明,三个主要影响因素淋洗时间、SDS浓度和淋洗流速对土壤甲苯去除率的影响均为正效应,其中SDS浓度与淋洗流速之间的交互影响较为显著。模型的方差分析等说明模型拟合显著,并且是准确有效的。在SDS质量浓度为1.8%,淋洗流速为4.8mL/min,反应270分钟能使土壤甲苯的去除率达到91.0%,与BBD模型预测值96.2%较为接近,证明BBD优化实验条件能获得高效的土壤甲苯去除率。 (2)采用了BBD模型分析Fe2+/S2O82-体系处理水相甲苯的效果。该体系能有效的氧化降解甲苯,Fe2+浓度对甲苯去除率的影响为正效应。Fe2+浓度与PS浓度之间的交互影响较为显著。模型的方差分析等说明模型拟合显著,并且是准确有效。当Fe2+浓度为8.1mM, PS浓度为27.3mM,溶液初始pH值为本底值时,反应10分钟和30分钟甲苯去除率分别为81.1%和84.4%,接近BBD模型的预测值80.8%和85.1%。同时,通过GC-MS技术初步分析了甲苯的中间产物及其可能的降解路径。另外根据BBD优化的反应条件,选用Fe2+/H2O2和Fe2+/S2O82-体系分别对表而活性剂SDS中的甲苯进行降解,结果表明S04·-相比于OH·更具有选择性氧化的能力,适合用于淋洗液的再生。 (3)采用了BBD分析EC/Fe2+/S2O82-体系处理表面活性剂中甲苯的效果。结果表明,该体系中生成的Fe3+能在电场作用下被还原成Fe2+,进一步活化PS生成SO4·-氧化降解甲苯,提高降解效率。同时,PS和Fe2+浓度对甲苯降解拟二级反应速率常数的影响为正效应,而初始SDS浓度对甲苯降解拟二级反应速率常数的影响为负效应。交互影响的分析结果表明Fe2+浓度与PS浓度之间的交互影响较为显著。模型的方差分析等结果说明本实验模型拟合显著,并且是准确有效的。另从响应面曲线可以看出,甲苯降解拟二级反应速率常数随Fe2+浓度与PS浓度的增加而增大,而随着SDS浓度的增加反而减小。研究还通过GC-MS技术初步分析了甲苯降解的中间产物并推出可能的降解路径。EC/Fe2+/S2O82-体系降低了氧化剂和活化剂的投加量,提高了使用效率。 (4)采用了BBD分析UV/S2O82-体系处理表面活性剂中甲苯的效果。结果表明,UV能有效活化PS产生SO4·-选择性氧化降解甲苯,PS浓度对甲苯降解拟一级反应速率常数的影响为正效应,而甲苯浓度和SDS浓度对甲苯降解拟一级反应速率常数的影响为负效应。因素间交互影响的分析结果表明PS浓度与甲苯浓度和SDS浓度的交互作用较为明显。模型的方差分析等结果说明模型拟合显著,并且是准确有效的。从响应面曲线可以看出,PS浓度增加有利于体系中SO4·-的产生,加快甲苯降解的反应速率,而SDS浓度和甲苯浓度的增大降低了甲苯降解的反应速率。同时通过GC-MS技术初步分析了甲苯的中间产物并推出可能的降解路径。结果表明,本体系用于降解表而活性剂中的甲苯所产生的中间产物较少,且对降解的甲苯效率高,反应速率快,适合用于淋洗液的再生。 (5)采用UV/S2O82-体系对实际淋洗液中的甲苯进行选择性氧化降解获得再生的淋洗液,然后用再生淋洗液修复污染土壤。结果表明,UV/S2O82-体系能有效降解甲苯,再生的两次淋洗液与原淋洗液相比,淋洗120分钟土壤甲苯的去除率分别能达到62.1%、52.1%和43.6%。重复利用次数越多,土壤甲苯的去除率虽然有所降低,但仍能有效起到表面活性剂淋洗的作用。同时本研究还引入US强化,分析US协同作用对甲苯选择性氧化降解的效果。结果表明,US能协同强化UV/S2O82-体系,提高其降解甲苯的能力。
【图文】：

再进行水土分离和相应的后处理。其典型的修复处理工艺如图1.1所示。从图中可看出，土壤淋洗设备简单灵活，可进行原位修复，投资相对较少，是一种适用于高浓度HOCs污染场地快速原位修复的技术，其产生的同时含有淋洗试剂和污染物的淋洗废水可通过相应的后处理进行回收再生利用。而对HOCs具有强化解吸效果(增效作用）和增溶作用的淋洗剂主要有机助溶剂和表面活性剂等[28]。表面活性剂是目前受关注较多、应用较为广泛的一类淋洗剂。研究者围绕表面活性剂对HOCs分配的影响、在土壤相的吸附一解吸行为以及增效淋洗过程及效果等，^u展了一系列的研究[26，29-31]。图1.1表面活性剖增效修复土壤有机污染物示意图[32]表面活性剂对土壤HOCs的淋洗修复主要通过降低污染物在土壤上的吸附，有效途径为表面活性剂在溶液中形成胶束来提高HOCs在水相中的溶解度，即淋洗修复是否可行主要由表面活性剂的增溶能力及其在土壤上的吸附性能两方面来决定[28]。表面活性剂的增溶能力与其自身性质，包括亲水一亲油比(HydrophileLipophile Balance

本论文的技术路线
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X53

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本文编号：2606304