【摘要】：土壤是组成地球生态环境的重要部分，也是人类生存的宝贵资源。近年来，随着采矿业、冶金业、铸造业以及电子业的迅猛发展，土壤重金属污染状况日益严重。在过去50年里，粗略统计排放到全球环境中的镉达到2.2×104吨、铜9.39×105吨、铅7.83×105吨、锌1.35×106吨。其中有相当一部分进入土壤，致使世界各国土壤出现不同程度的污染问题。土壤重金属污染致使人类生存环境质量恶化，导致各类污染事件频发，严重危害生态系统的良性循环和人类的生存健康。因而，土壤重金属污染修复技术成为研究热点。 目前各国都在为研究与开发重金属污染土壤修复技术作出努力，常规的重金属污染土壤修复技术有物理修复技术、化学修复技术、植物修复技术、微生物修复技术以及电动力学修复技术等。但以上土壤修复技术存在运行费用高、片面强调土壤污染而忽视了土壤——地下水系统的整体性、对环境造成二次污染、可操作性差等局限性，因而能够工程化的土壤修复技术十分有限。 针对以上问题，本课题以我国南昌地区特征土壤——红壤作为研究对象，以铜和镍为特征污染物，提出新的土壤修复技术——可降解螯合剂淋洗法+可渗透反应格栅（chelating agent-permeable reactive barrier，CH-PRB）治理土壤重金属污染。淋洗法是传统的土壤修复技术，国内外的环境工作者已具备完善的工程经验。可渗透反应格栅（permeable reactive barrier，PRB）技术是一种新的地下水处理技术，该技术在国外已有广泛应用。CH-PRB土壤修复技术将土壤和地下水视为整体，在修复重金属污染土壤的同时，处理受污染的地下水。且CH-PRB技术采用经筛选的、可生物降解螯合剂作为淋洗剂，在保证土壤中重金属物质去除效果的同时，避免了对环境造成的二次污染。 本课题通过人工模拟污染红壤，进行重金属（铜和镍）在红壤中赋存形态特征研究。研究证明：在铜污染红壤中铜的赋存形态以可交换态为主，占总含铜量的31.98%；在镍污染红壤中镍的赋存形态以可残渣态为主，占总含镍量的57.49%，其次才是可交换态，占总含镍量的29.53%。 搭建直径为30cm，高200cm的土柱试验，以硫酸铜溶液为特征污染物，以浅层积水，自由漫流进水形式向土柱持续注入硫酸铜溶液，模拟硫酸铜溶液在红壤中的扩散过程，研究重金属在红壤中的扩散、赋存形态的分布及迁移规律，并运用瞬间剖面法计算出重金属溶液在红壤中的水动力弥散系数，建立重金属污染物在埋深小于100cm土层中水动力弥散系数分布方程。以对流——弥散模型(Convective——Dispersive Model，CD模型)为基础，耦合水动力弥散系数分布方程，建立了土壤表面存在重金属溶液浅层积水条件下，红壤中重金属溶质迁移模型。 通过烧杯试验，对比研究壳聚糖、EDTA及柠檬酸三钠三种螯合剂对红壤中重金属（铜和镍）的浸提效果。研究表明，生物螯合剂——壳聚糖可作为淋洗液应用于修复红壤的重金属污染，且多种重金属共存时，在浸提过程中各种金属间表现出明显的协同作用。 构建CH-PRB土壤修复技术系统，以0.2g/L壳聚糖溶液作为淋洗液对直径20cm，高100cm，平均含铜量为2.34mg/g铜污染土柱进行修复试验。修复进行42天，待修复土壤中铜的去除率达到98.29%，土壤中残存的重金属铜含量仅为0.04mg/g，低于《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中规定的二级土壤含铜量最高限值——0.05mg/g。为了高效去除土壤淋洗渗出液及地下水中存在的重金属污染物质，本课题采用平行对比试验，对可渗透反应格栅中的填料材料进行筛选。研究证明，废铁屑+活性炭+粉煤渣按照1:1:1体积比混合，作为CH-PRB土壤修复技术中可渗透反应格栅的填料，可对土壤淋洗渗出液及地下水中的重金属和有机物起到很好的去除效果。最终出水水质为：[Cu]=0mg/L，COD=9.80mg/L，pH值=5.11-5.12。研究结果证明CH-PRB土壤修复技术可高效、稳定、持续处理红壤及地下水中重金属污染物质。 参照连续搅拌反应器（CSTR），建立可降解螯合剂淋洗系统的反应动力学模型，确立了污染土壤体积、土壤中重金属提取率与淋洗液停留时间、淋洗时间等因素之间的关系，初步构建了CH-PRB土壤修复技术的设计体系，为该技术的推广与应用提供参考。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X53
【图文】：
图 2-1 风干后过 100 目待试土样备污染时间对土样成分的影响，保证土的干扰，本课题采用人工模拟污染土壤经风干过 18 目筛的土样 1kg，将一，加入到土壤中，在高密度聚乙烯容置到高密度聚乙烯容器中，压匀并放四分法取适量土样，用 18 目尼龙筛四分法取出一部分，磨细使之全部通
47图 3-3 溶质土柱迁移试验装置 图 3-4 溶质土柱迁移试验装置（2） 试验土壤来源及物化性质试验用土壤取自距江西省南昌市约 20km 新建县郊区，采集地表以下 0m－壤，土壤呈红色。
47图 3-3 溶质土柱迁移试验装置 图 3-4 溶质土柱迁移试验装置（2） 试验土壤来源及物化性质试验用土壤取自距江西省南昌市约 20km 新建县郊区，采集地表以下 0m－壤，土壤呈红色。
【引证文献】
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本文编号：
2792177
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