五氯苯酚在黄土性土壤中的迁移转化及其废水治理研究

发布时间：2020-09-10 09:12

　　五氯苯酚(PCP)为优先污染物和持久性有机污染物，具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性四个显著特点。黄土在我国北方地区广泛分布，以黄土为母质所形成的黄土性土壤是这些地区农、林、牧业、城市建设、工业的重要场地，因此研究五氯苯酚及其钠盐(PCP-Na)在黄土性土壤中的迁移转化及其治理方法，揭示五氯苯酚在黄土中的吸附、迁移规律，考察其对地下水的影响程度，寻找去除水体中五氯苯酚及其钠盐的方法及途径，对于评价PCP／PCP-Na的环境危害，减小对地下水的污染，保护地下水资源以及含氯酚废水的处理都具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本文阐述了持久性有机污染物——五氯苯酚的结构、性质、来源及其危害；土壤及黄土性土壤的组成、结构、理化性质及水理性质。综述了五氯苯酚及其钠盐在土壤／沉积物中的吸附、迁移；含五氯苯酚及其钠盐污染废水治理等领域的国内外研究的最新进展。在此基础上，以西安黄土为例，采取静态与动态试验相结合的方法，研究了五氯苯酚在黄土性土壤中的吸附与解吸性能。试验测定吸附热力学和动力学曲线，确定平衡吸附热力学及动力学模型；通过计算吸附有关热力学状态函数，分析吸附及解吸机理；建立五氯苯酚在黄土性土壤中迁移转化的数学模型，试验测定模型参数，将五氯苯酚浓度分布的数学模型计算值和试验测定值进行对比，验证迁移转化数学模型的可靠性。同时，基于五氯苯酚及其钠盐污染废水的治理，研究对比了五氯酚钠在活性炭、HDX-8型大孔吸附树脂、D311A型阴离子交换树脂上的吸附与解吸性能，吸附的动力学、热力学模型与参数。并将Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)分别固载到LS-5000螯合树脂上，与H_2O_2一起构成异相Fenton试剂，进行五氯酚钠的Fenton试剂-光协同催化氧化降解研究，获得了降解五氯酚钠的最佳工艺条件，解决了Fenton试剂-光催化氧化降解过程中因Fe(Ⅲ)／Fe(Ⅱ)水解产生的光效率降低、五氯苯酚分析困难、在废水处理过程引入新的污染等问题，在此项研究的基础上设计了处理五氯苯酚废水的初步工艺流程。研究成果对黄土地区地下水的保护及五氯苯酚废水处理具有重要的理论及实际意义。主要研究结论： 1．五氯苯酚在黄土性土壤中的吸附动力学符合Elovich方程和双常数方程；静态吸附量为53．9mg／kg，吸附速率为21．5mg／(kg．h)。 2．五氯苯酚在黄土性土壤中的吸附为自发热力学放热过程；吸附作用力主要为氢键力；吸附等温线可用Freundlich方程和Langmuir方程描述。 3．黄土性土壤对水溶性五氯酚钠滞留能力较差。五氯苯酚很容易穿过黄土，不可避免地对地下水造成污染。 4．五氯苯酚(钠盐)在黄土性土壤中的迁移受到了水动力弥散、吸附／解吸的共同作用，降解作用的影响可忽略。其中吸附作用符合亨利线性模式q=K_(dC)，试验测得吸附系数K_d=0．0847cm~3／g；迟滞因子R=1．46；弥散系数D=0．00466m~2／d。数学模型的计算结果与实验测定结果吻合较好，表明水动力弥散模型可较好地用来对五氯苯酚在黄土性土壤中的运移进行模拟。 5．D311A型阴离子交换树脂对五氯苯酚吸附为离子交换作用，吸附速率快、吸附量大，解吸速率快，解吸率高，穿透慢，是吸附法治理含五氯苯酚(钠盐)废水的优选吸附剂。 6．光照时间、过氧化氢浓度、载Fe(Ⅱ)／Fe(Ⅲ)螯合树脂用量、初始浓度等对五氯苯酚降解率都有影响。 7．载Fe(Ⅱ)螯合树脂与H_2O_2构成的异相Fenton试剂光协同催化氧化降解五氯苯酚的最佳工艺条件为：0．2g载Fe(Ⅱ)螯合树脂+24μg／ml过氧化氢+16μg／ml五氯苯酚+150min紫外光照，在此条件下，五氯苯酚的降解率为94．2％。影响因素强度大小次序为：光照时间＞载Fe(Ⅱ)螯合树脂质量＞五氯苯酚初始浓度＞过氧化氢浓度。 8．Na~+、K~+、Mg~(2+)、Cl~-、SO_4~(2-)等50倍于五氯苯酚质量浓度时，对降解率几乎不产生影响，Zn~(2+)、NH_4~+、NO_3~-等5倍于五氯苯酚质量浓度时，对降解率产生较大影响。 9．Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)在五氯酚钠的光催化氧化降解过程中表现出一定的相似性。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2008
【中图分类】：X703
【部分图文】：

结构图,土壤剖面,结构图,母质层

空隙度小，通气性差，透水性差，呈片状结构。该层是阻断水、无机盐和有机物向下扩散的重要层。母质层是土壤最底部的一层，它受地表气候影响小，土质坚实，物质转化慢，含有的营养成分极少，在农业上叫做死土。土壤的详细剖面如图2.1所示【‘30]。

土壤气,微生物代谢,动植物,无机物

液中溶解有土壤中的各种无机物、有机物以及微生物。土壤气相主要包括空气和动植物、微生物代谢产生的气体，主要成分是氮气、氧气、二氧化碳、甲烷和硫化氢等。土壤的组成如图2.2所示[13oJ。图2.2土壤的组成Fig·2· 2ComPositionof5011组成土壤的主要元素有氧(49.0%)、硅(33.0%)、碳(2.0%)、铝(7.13%)、铁(3.80%)、钙 (1.37%)、镁(0.60%)、钾(1.36%)、钠(1.67%)、钦(0.4%)、锰(0.085%)、氮 (1.0%)、磷(0.08%)、硫(0.085%)等。

分布图,中国黄土,分布图

呈向南突出的弧形，包围在辽西、内蒙和甘肃的沙漠和蒙古的戈壁外围。在此带以外，在南京、九江、武汉、三峡、四川盆地、川西山地、柴达木盆地以至西藏东部都有零星黄土分布，中国黄土分布如图2.3所示 [l32]。我国黄土的面积约为63万kinZ。本文以中国黄土的发育中心—黄土高原黄土为例介绍黄土的特性。感感感工了了撬撬撬撬画画画画画 }}}}}}}}磷____，声扮扮图2.3中国黄土分布图 Fig.2.3Distributionofloessinehina陆上黄土;2.陆上理藏黄土;3.海下埋藏黄土;4.沙漠;5.戈壁;6.滨海一陆架沙漠2.2.1黄土的地层结构及理化成分1.黄土的地层结构黄土的地层结构特征是黄土与古土壤的相互叠复。黄土中含有多达二十多层的古土

【参考文献】