表面活性剂—螯合剂对多环芳烃/重金属复合污染土壤的柱淋洗研究

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土壤是人类赖以生息的最重要的自然资源之一。随着工农业生产的发展,各种污染物通过大气沉降、污水灌溉、农药施用等多种途径进入土壤,造成土壤污染。土壤污染对农作物的产量和质量,以及人类和动物的健康产生非常大的威胁,已经引起人们的广泛关注。重金属和多环芳烃(PAHs)作为无机污染物和有机污染物的典型代表,由于其难降解的特征成为土壤复合中的难点。通过利用表面活性剂的增流、增溶作用以及螯合剂的螯合作用来淋洗污染土壤,可有效的去除污染土壤的多环芳烃和重金属。本文在综述土壤污染现状和主要修复技术的基础上,选择土柱淋洗的方式,研究了聚氧乙烯辛基苯酚醚(TX100)和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(TW80)在土柱污染前后的吸附行为和残留量。TX100和TW80不同浓度对芘污染土壤的淋洗作用,以及pH和无机盐等因素对表面活性淋洗作用的影响。EDTA-2Na对土壤中镉的淋洗作用及其影响因素。TW80和EDTA-2Na对芘的增溶效果,以及不同淋洗顺序对芘-镉复合污染土壤的淋洗作用。以期为多环芳烃-重金属复合污染土壤修复研究提供技术参考。论文主要研究内容和成果如下:(1)研究了TX100和TW80在土柱污染前后的吸附行为和残留量。结果表明,两种表面活性剂在土柱上的吸附能力都很强,但TX100在土柱上的吸附能力强于TW80,而且吸附量也大于TW80,但TW80达到吸附平衡的时间比TX100要短,TW80在2h时就达到吸附平衡,而TX100在4h的时候才达到平衡。多环芳烃污染土壤后,增加了表面活性剂在土柱上的吸附量,同时也增大了表面活性剂的吸附平衡时间,大约增大了1倍。表面活性剂无论是吸附在未污染的土柱还是污染的土柱上,其大部分可以用去离子水冲洗下来,最终残留很小部分在土柱上,且残余量很相近。(2)比较研究不同浓度的TX100和TW80分别对土柱中芘的淋洗作用,并对影响表面活性剂淋洗作用的无机盐和pH进行了系统的研究。TX100和TW80两种表面活性剂对芘均有很好的淋洗作用,但相同浓度的单一非离子表面活性剂淋洗芘时,TW80的淋洗效果优于TX100,例如,在浓度为6000mg/L时,TW80和TX-100对芘的去除率分别为62.25%、59.06%。不同pH值对表面活性剂淋洗芘影响很大,随着pH值从3增大到11,芘的去除率呈先增大后下降的趋势,pH为7时芘的去除率最大。无机盐NaCl、CaCl2、MgCl2对表面活性剂淋洗芘也存抑制作用,NaCl在浓度较小时对芘的去除影响很小,但随着浓度的增大,它可以促使芘的淋洗,在NaCl浓度为4000mg/L时,芘的去除率达到67.18%,比不加NaCl时去除率增大了1.08倍,而CaCl2、MgCl2则对芘的去除则只存在抑制作用,且随着无机盐浓度的增大,抑制作用增强,但CaCl2的抑制能力远远大于MgCl2。EDTA-2Na对表面活性剂淋洗芘也存在抑制作用,但在低浓度时抑制作用比较强,随着EDTA-2Na浓度的增大,抑制作用变弱。(3)比较研究了不同浓度EDTA-2Na对土壤中重金属镉Cd的淋洗作用,并对影响其淋洗作用的CaCl2、NaCl、pH进行了系统的研究。EDTA-2Na浓度对淋洗影响很大,随着其浓度的增大,Cd的去除率也随之增大。pH对EDTA-2Na淋洗Cd影响很大,随着pH的增大,去除率变小,当pH值为5时,淋洗效果最佳。无机盐CaCl2和NaCl对Cd的去除率影响也比较大,无机盐浓度越大,抑制愈大,且CaCl2的影响远远大于NaCl。(4)研究了TW80和EDTA-2Na对芘的增容效果,以及不同淋洗顺序对芘-镉复合污染土壤的淋洗作用。通过增溶实验得出TW80对芘有很好的增溶效果,而EDTA-2Na对芘的增溶作用很弱。采用先TW80后EDTA-2Na、先EDTA-2Na后TW80、TW80和EDTA-2Na混合及去离子水淋洗镉-芘复合污染的土壤,芘-镉均表现出不同的去除率。污染土壤中芘表现的淋洗率为TW80和EDTA-2Na混合>先TW80后EDTA-2Na>先EDTA-2Na后TW80>去离子水,对应的淋洗率分别为:56.38%、47.46%、45.95%、5.18%。而污染土壤中镉表现的淋洗率为先EDTA-2Na后TW80>先TW80后EDTA-2Na>TW80和EDTA-2Na混合>去离子水,对应的去除率分别87.9%、84.6%、80.7%、0%。因此,当TW80和EDTA-2Na混合淋洗时,对复合污染土壤中芘的淋洗效果最好,而先用EDTA-2Na后用TW80淋洗时,对复合污染土壤中镉的淋洗效果最好。综合考虑,对于芘-镉复合污染的土壤柱淋洗,应该采用TW80和EDTA-2Na混合溶液为淋洗液。
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