含氯有机污染土壤热脱附及联合处置研究

发布时间：2020-03-30 23:53

【摘要】：近年来,土壤污染问题日益突出,土壤中有机污染物正受到广泛的关注。热脱附技术可有效处置含石油烃、杀虫剂、PCBs等挥发性半挥发性有机污染土壤,但是该技术修复成本较高、脱附过程易产生二次污染等壁垒限制了其大规模的应用。特别是含氯有机污染物的处理过程中会产生二VA英,本文以氯苯、滴滴涕、PCBs等典型有机污染土壤为研究对象,对热脱附过程中污染物脱附特性进行了基础研究;并探索了其在热脱附过程中的二VA英生成特性及关键影响因素温度、时间、土壤性质等的作用;引入三种阻滞剂,研究其对PCBs污染土壤热脱附过程中二VA英的抑制效果;提出了机械化学法+热脱附技术联合处置PCBs污染土壤,验证了其可行性并进行了经济性评价。本文得出结论主要如下:加热温度和停留时间是有机污染土壤热脱附过程中最关键影响因素,即使加热温度小于目标污染物的沸点,目标污染物已经开始发生脱附,如果污染土壤在加热区的停留时间足够长,也可以得到比较好的修复效果。本研究中HCBz在400℃下处理40min,或者500℃时加热20min,脱附效率可达100%。而滴滴涕的较佳脱附温度时间组合为300℃时40min和400℃时10min。对于分子量更高的PCBs来说,500℃以上的加热温度和60 min以上的停留时间组合才能实现PCBs最佳的脱附效率。污染土壤热修复过程中,也会伴随着有机物分子的降解反应。热脱附过程HCBz的脱附行为可用一级动力学方程进行拟合,且HCBz的脱附速率随着温度的增加而增加。PCBs、氯苯、滴滴涕三种典型有机污染土壤热脱附过程中都检测到二VA英的生成,本研究中最佳条件下转化能力大小依次为PCBsHCBzp,p'-DDT1,2-DiCBz,不同污染物生成二VA英特性略有差异。PCBs污染土壤热处理过程中生成二VA英主要为PCDFs,其中300℃时生成最大,PCDDs和PCDFs气固相总量分别为8600和61500pg/g,主要以低氯代PCDDs和PCDFs为主。受温度影响生成的二VA英几乎全部存在于固相中,PCDD/Fs气固相G/S值仅为0.04,400℃时也只有0.52。对于氯苯污染土壤,1,2-DiCBz和HCBz生成二VA英也有不同。1,2-DiCBz生成PCDD/Fs最佳温度为250℃,以PCDFs为主,且主要分布在气相中,进一步升高温度可促进1,2-DiCBz及PCDD/Fs的脱氯降解。PCDDs各同系物中,OCDD 一直占主导地位,而TeCDFs是生成PCDFs的主要贡献者。与1,2-DiCBz相比,HCBz由于氯代水平更高也更容易生成PCDD/Fs,主要存在于固相中,PCDDs和PCDFs各同系物中分别以OCDD和OCDF为主。p,p'-DDT生成PCDD/Fs的反应中,9,7或者1,7位置C-C键断裂产生氯苯基,之后生成PCBs,最后转化为PCDD/Fs是其主要的生成途径。PCDD/Fs主要以PCDFs为主,且大部分分布在固相中,各同系物中,低氯代PCDDs和PCDFs占据主导地位。PCDD/Fs的生成量与脱附实验前添加到土壤中的PCBs浓度呈明显的正相关关系,进一步说明脱附过程中生成的PCDD/Fs来源于p,p'-DDT。通过添加抑制剂(CaO、CO(NH2)2和(NH4)2SO4),气固相中二VA英的含量都出现了明显的下降。三种阻滞剂中,CaO和CO(NH2)2的抑制效果明显优于(NH4)2SO4,其中CaO的阻滞效果最好,当添加量为1%时,对PCDD/Fs的阻滞效率可达95.6%,随着阻滞剂添加量的增加抑制效果进一步提高。(NH4)2S04同时含有硫基和氮基两种抑制元素,抑制效率却最低主要是因为(NH4)2S04作为阻滞剂的主要作用机理是和二VA英催化剂反应降低其催化活性,从而阻滞二VA英的生成。机械化学法+热脱附技术联合处置方法,充分发挥了两种修复技术的优点,PCBs去除效果十分显著。球磨初始阶段,PCBs降解效率增加十分迅速。球磨仅1小时,土壤中PCBs浓度由原始土壤中的505 μg/g减少到215 μg/g,PCBs降解效率达到57.4%。Si02作为辅助添加剂,能够一定程度上改善研磨条件,促进机械化学反应进行。球磨时间、脱附时间、脱附温度的增加对联合处置PCBs总的去除效率都有促进作用。CaO的加入不仅促进PCBs的降解,也与土壤中的水分进行反应,生成Ca(OH)2。水分的减少有助于土壤颗粒的升温,而CaO以及生成的Ca(OH)2在热脱附过程中均能够实现PCBs有效的脱氯和降解;研磨过程中,大颗粒土壤通过研磨破碎成小颗粒土壤,相同条件下受热更快,有着更大的脱附效率;机械化学法作用于污染物的降解机理主要是分子分解,生成小分子产物,相比于大分子物质更容易发生脱附。从每吨污染土壤处理能耗方面比较,可以发现机械化学法+热脱附联合处置技术较单独机械化学法或者热脱附技术处置PCBs污染土壤更能进一步节约能耗。
【图文】：

土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，，耕地土壤环境质量堪忧，工逡逑矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的超标率为１６．１％，其中轻微、轻度、中逡逑度和重度污染点位比例分别为１１．２％、２．３％、１．５％和１．１％邋（图１－２）。污染类型以无逡逑１１．２％逡逑ｒｎｒｉＴｎ＾逡逑ｉ邋＞ｒｖ邋２－３％逡逑／

本文编号：2608235