曝气强化非离子表面活性剂洗涤柴油污染土壤

摘要

柴油作为目前交通运输工具使用最广泛的燃料之一，在其生产、运输、储存和使用过程中可能会进入到土壤和水体环境中，直接造成土壤包气带的污染，而且随着污染物的迁移和转化，不仅破坏了生态系统，对人类健康也构成了潜在的威胁，因此对石油类污染土壤进行修复意义重大。
　　曝气强化非离子表面活性剂洗涤油类污染土壤是一种新型土壤修复技术，通过曝气作用产生丰富气泡不仅增大非离子表面活性剂与土壤颗粒接触面积，提高柴油洗脱率，而且减少非离子表面活性剂用量，降低修复成本。此外，溶气能有效减少非离子表面活性剂在土壤中残留量，修复后土壤有利于生物生长及其它土壤功能恢复，因此该方法具有广阔的应用前景。
　　本论文采用0＃柴油污染的土壤作为研究对象，分别利用聚氧乙烯月桂醚（Brij-35）、曲拉通X-100（TX-100）、吐温-80（Tw-80）三种非离子表面活性剂在不同的实验条件下对柴油污染土壤异位洗涤修复。主要研究了（1）曝气与不曝气对洗涤效果对比；（2）对比了三种非离子表面活性剂对柴油污染土壤洗脱效果；（3）非离子表面活性剂在土壤表面的吸附行为；（4）非离子表面活性剂洗涤后的土壤在水中的浸出浓度；（5）非离子表面活性剂溶液的表面张力和污染土壤洗涤前后接触角表征。讨论了曝气作用、表面活性剂浓度、非离子表面活性剂种类、液固比、洗涤时间、pH值、曝气速率、土壤颗粒粒径等因素对洗脱率的影响，剖析了柴油污染土壤洗脱过程中的控制因素，并将洗脱率与表面活性剂吸附行为及表面张力与接触角变化进行分析对比，旨在为土壤和地下水有机污染修复提供技术支撑和科学指导。
　　主要结论如下：
　　（1）曝气对污染土壤中柴油的洗脱有增强作用，可以提高洗脱率10~17％。在优化条件：浓度为1倍CMC、洗涤时间为1h、pH值11、曝气速率为7.5L/min时，三种非离子表面活性剂Brij-35、TX-100、Tw-80对柴油污染土壤的洗脱率依次为77.4%、66.18%、59.84%。洗涤后污染土壤中含油率从7%降低到1.58%，土壤接触角从24.12°降低到6.65°。
　　（2）非离子表面活性剂在未污染土壤上的吸附等温线表明，表面活性剂 Brij-35、TX-100、Tw-80在平衡浓度分别为120mg/L、150mg/L、15mg/L时吸附达到饱和，饱和吸附量分别为8000μg/g、19000μg/g、1800μg/g，吸附量大小顺序为TX-100>Brij-35>Tw-80。三种非离子表面活性剂Brij-35、TX-100、Tw-80在最优条件下洗涤土壤后，在去离子水中的浸出浓度分别为2.718mg/L、1.022mg/L、0.004mg/L，均低于不曝气时浸出浓度。
　　（3）表面张力表征结果表明，在1倍CMC时，三种非离子表面活性剂Brij-35、TX-100、Tw-80的表面张力依次为50.45 mN/m、39.22 mN/m、61.40mN/m。非离子表面活性剂溶液表面张力随浓度的增加而降低，但是不受pH值的影响。对于同种非离子表面活性剂，在表面张力越小时，对污染土壤中柴油的洗脱率越大。
　　（4）接触角表征结果表明，土壤被柴油污染后，土壤接触角由4.21°变为24.12°，接触角增大，亲水性变差，经过洗涤后土壤接触角变小，可恢复到污染前水平。土壤接触角与土壤含油率之间存在相关性，含油率越高，接触角越大，反之，则接触角越小。曝气洗涤后土壤接触角较不曝气时小，曝气洗涤可以更好地恢复土壤颗粒的亲水性。

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第1章 前言

1.1 污染土壤

1.2 土壤污染修复方法

1.3 非离子表面活性剂洗涤污染土壤研究进展

1.4 曝气法修复石油污染土壤研究进展

1.5 课题研究内容与创新点

1.6 课题技术

第2章 实验材料及分析方法

2.1 实验材料及仪器

2.2 实验内容

2.3 测试方法

第3章 非离子表面活性剂洗涤柴油污染土壤研究

3.1 洗涤效果对比

3.2 曝气作用下柴油污染土壤洗涤的影响因素

3.3 本章小结

第4章 非离子表面活性剂在土壤表面的吸附行为

4.1 非离子表面活性剂在土壤上的吸附等温线

4.2 最优洗涤条件下非离子表面活性剂的浸出浓度

4.3 本章小结

第5章 非离子表面活性剂洗涤柴油污染土壤机理

5.1 表面张力

5.2 接触角

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要研究成果

致谢