【摘 要】
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目前,汞污染土壤的稳定化修复技术已经取得了一定的研究进展,但由于缺少工程应具备的长期稳定化数据支撑,实际应用还很少。因此对汞污染土壤稳定剂的长期效果进行监测十分重要。本研究通过对几种不同类型的稳定剂(酸纳米改性钢渣、酸纳米改性粉煤灰、有机改性蒙脱石负载巯基)进行长期稳定化研究,探究了稳定剂的作用机制,并根据长期稳定数据制备了新型稳定剂—负载巯基的氧化改性活性炭,并成功实现了对汞污染土壤的稳定化修复
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目前,汞污染土壤的稳定化修复技术已经取得了一定的研究进展,但由于缺少工程应具备的长期稳定化数据支撑,实际应用还很少。因此对汞污染土壤稳定剂的长期效果进行监测十分重要。本研究通过对几种不同类型的稳定剂(酸纳米改性钢渣、酸纳米改性粉煤灰、有机改性蒙脱石负载巯基)进行长期稳定化研究,探究了稳定剂的作用机制,并根据长期稳定数据制备了新型稳定剂—负载巯基的氧化改性活性炭,并成功实现了对汞污染土壤的稳定化修复。主要研究内容及结果如下:(1)使用酸纳米改性钢渣、酸纳米改性粉煤灰和有机改性蒙脱石负载巯基作为稳定剂,对汞污染土壤进行了长达200 d的稳定化实验发现:1)使用酸纳米改性钢渣和酸纳米改性粉煤灰稳定化的土壤,其汞形态向铁锰氧化物态转化较多,并因其以物理吸附为主,后期存在汞的解吸附的现象;2)使用有机改性蒙脱石负载巯基稳定化的土壤,土壤汞形态向有机结合态转化较多,整体稳定性优于前两种稳定剂,这是由于蒙脱石的性质和巯基材料表面硅羟基Si-OH和巯基-SH的配位作用生成了稳定的HgS。三种稳定剂由于材料特性不同、改性机理不同,从而导致各形态之间的转化规律不同,但都通过改变土壤的pH和氧化还原电位起作用,其中水溶态及离子交换态汞浓度与土壤pH呈负相关,碳酸盐结合态汞浓度与土壤Eh呈正相关。因此,在实际修复中,应适当调节土壤体系的pH及Eh来控制稳定化进程。(2)选择吸附性能优良的活性炭作为载体,对其进行氧化改性并负载含硫基团。使用XRD、FTIR、BET、SEM-EDS等表征手法对活性炭、氧化改性活性炭、负载巯基的氧化改性活性炭进行表征,并使用SEM-EDS对稳定化后的土壤进行表征。通过单因素实验探究了负载巯基的氧化改性活性炭的添加量、稳定化时间、有机质添加量、Cl-含量、浸出液pH对稳定化效果的影响,得出最佳稳定化条件。结果显示:活性炭经氧化改性后表面变得光滑,负载巯基后碳基中出现团聚物,经分析,团聚物中出现了含硫物质(C4SO3),且红外谱图中出现了-SH峰,说明巯基负载成功。负载巯基的氧化改性活性炭添加3%时,汞浸出值为2 μg/L,稳定化效率高达99.95%,远低于GB 5085.3-2007规定的汞限值0.10 mg/L,且稳定化时间延长至80 d时,仍低于国家标准中的汞限值0.10 mg/L。在对汞污染场地土壤修复进程中,添加外来有机质和Cl-会对稳定化进程产生抑制效果。改变浸出液的pH值模拟酸雨,发现稳定后土壤中的汞不易随酸碱溶出,具有良好的抗酸化性能。负载巯基的氧化改性活性炭的添加使得土壤中水溶态及离子交换态和碳酸盐结合态汞含量降低,无定形铁锰氧化物态、有机结合态和残渣态汞含量增加,这些结果表明新型稳定剂成功实现了对汞污染土壤的稳定化修复。
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