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近年来,随着我国工业化、城市化进程的加快和国家“退二进三”、“退城进园”等政策的实施,出现了大批因企业停产、搬迁或关闭的持久性有机污染场地。当前,大多数此类污染场地正面临着急切的用地功能转换和二次开发利用的问题,如用于:办公、居住、公共休闲、城市绿化或商业用地等。然而残存在这些场地中高风险的污染土壤将严重威胁人体健康、环境安全乃至社会民生,已成为我国老百姓身边的“化学定时炸弹”,是亟需解决的土壤环境问题。在有机氯农药污染场地土壤修复技术中,物化修复方法由于具有效率高、周期短和成本低等特点被广泛运用于实际修复之中。其中场地土壤异位增效洗脱修复技术是一种较为常用的手段。 本文主要针对目前我国大批因有机氯农药(OCPs)生产企业关闭或搬迁导致的场地污染土壤,开展异位土壤增效洗脱修复技术与设备研究。研究内容首先以长三角某典型OCPs污染场地为例,结合现有洗脱修复技术基础,从26种洗脱剂中初步筛选出7种较有潜力的洗脱剂,并对洗脱剂浓度、洗脱时间、液固比、搅拌转速、洗脱温度和超声条件等关键运行参数进行了优化研究,探明了相关洗脱参数对污染物去除效率影响及内在机制;在兼顾考虑洗脱效率因素、洗脱试剂成本因素和外界使用能耗等因素的前提下,进一步精筛出3套针对性洗脱剂配方;随后在另外3处有机氯农药初始污染浓度更高,老化时间更长,有机质含量更高的场地土壤上,逐一进行洗脱剂配方广谱性效用验证研究;接着运用Tenax-TA树脂时间连续提取法拟合不同洗脱条件下,研究土壤中残留OCPs解吸动态过程,用以辅助判断增效洗脱修复终点;同时对洗脱修复后的土壤进行人工辅助恢复土壤微生物生态功能多样性的研究;此外,还运用颗粒活性炭吸附法和负压蒸馏法对特定洗脱剂进行了回收利用的验证实验;并给予上述研究结果研发出一台嵌合螺旋搅拌、加热、保温和超声等强化措施的多元异位土壤洗脱修复集成中试设备。 全文的主要结论如下: 1.针对长三角典型区域内吴江市郊某DDTs污染场地土壤,筛选出了3套针对性的洗脱剂配方。即:30%正丙醇(工业级),在搅拌时间为1h,搅拌转速30 rpm,搅拌温度50℃,液固比10∶1,35kHz超声30 min的条件下,对吴江污染土壤中总DDTs单次最大去除率约在98%;10%石油醚(工业级),在搅拌时间为1h,搅拌转速30 rpm,搅拌温度50℃,液固比10∶1,35 kHz超声30 min的条件下,对吴江污染土壤中总DDTs单次最大去除率约在89%;50g/L HPCD+10%花生油(下脚料),在搅拌时间为1h,搅拌转速30 rpm,搅拌温度25℃,液固比10∶1的条件下,对吴江污染土壤中总DDTs单次最大去除率约86%。 2.30%正丙醇、10%石油醚(60℃-90℃)和50 g/L HPCD+10%花生油(下脚料)配方在液固比10:1,转速30 rpm,洗脱时间30 min,洗脱温度50℃和35 kHz超声30min条件下,连续洗脱5次后,对苏州、溧阳和石家庄污染场地土壤中总量OCPs最大去除率均大于85%。初步证明了此3套洗脱剂配方具有较好的广谱性效用。 3.以50 g/L HPCD+10%花生油(下脚料)配方对苏州、溧阳和石家庄污染场地土壤进行连续洗脱的广谱性效用验证结果为例。运用Tenax TA树脂时间连续提取法,对此3种不同污染性质的土壤在洗脱前和每次洗脱后进行OCPs三相解吸特性的拟合分析。结果发现:随着洗脱次数的增加,土壤中OCPs的400-h Tenax可提取量显著减少(p<0.01),OCPs的快速解吸组分(Fr)和慢速解吸组分(Fsl)比例较原始污染土壤中的相应比例显著下降(p<0.01),OCPs快速解吸速率常数(kr)、慢速解吸速率常数(ksl)和超慢速解吸速率常数(kvl)也较原始污染土壤中相应解吸速率常数显著降低(p<0.01)。说明连续洗脱后,残留在土壤中OCPs再次解吸至环境中的风险显著降低,该方法可来进行修复终点的辅助判断。 4.以50g/L HPCD+10%花生油(下脚料)配方对溧阳污染土壤连续洗脱3次之后,添加适当N/P营养源、25℃恒温培养12周,发现洗脱3次之后溧阳污染土壤中微生物环境生态功能多样性显著恢复(p<0.01),土壤毒性也显著降低(p<0.01)。证明该方法对OCPs中等污染程度的溧阳土壤是一种较为环境友好的修复技术;但以该配方对石家庄污染土壤进行修复后,发现其土壤中微生物环境生态功能多样性没有出现显著恢复(p>0.05),土壤毒性也未出现显著降低(p>0.05),说明该人工辅助恢复手段对于超高浓度OCPs污染场地土壤的修复应用存在一定局限。 5.投加量为20g/L的颗粒活性碳,在50℃水浴条件下,对30%正丙醇洗脱液连续回收4次,发现洗脱液中OCPs去除率都能达到约98%以上,回收液体积回收率约为82%-90%,运用每次回收后的“30%正丙醇”对原始石家庄污染土壤重新进行洗脱,发现土壤中总量OCPs单次去除率也能达到约39%-47%,证明颗粒活性炭吸附法对30%正丙醇具有较好的回收效果;当负压值为100 mbar,水浴温度为50℃时,对石油醚(60℃-90℃)洗脱液连续回收4次,其回收液中OCPs去除率都能达到约99%以上,回收液体积回收率约为84%-87%,运用每次回收后的“石油醚(60℃-90℃)”对原始石家庄污染场地土壤重新进行洗脱,发现土壤中总量OCPs单次去除率也能达到约32%-37%,证明负压蒸馏法对石油醚60℃-90℃具有较好的回收效果。 6.研发了一台嵌合升温、保温、超声和螺旋搅拌的多元异位土壤洗脱修复中试设备,该设备内腔体约为6 m3,日最大处理污染土量约大于20 m3土/天。