表面活性剂和螯合剂洗脱多环芳烃/重金属单一及复合污染黄土研究

摘要

近年来，随着我国工农业生产的迅速发展，土壤污染日益严重，已威胁到人类健康，因此，探索和寻找一种安全有效的土壤污染修复技术逐渐成为环境领域的研究热点。化学修复技术由于具有周期短、操作简便以及适用范围广等优点而得到学者们的广泛关注。
　　目前化学修复技术较多针对单一类型污染土壤，对于复合污染土壤修复研究较少。多环芳烃(PAHs)和重金属的危害众所周知，它们普遍存在（或共存）于污染土壤中，由于其难降解的特性成为土壤修复中的难点。通过利用表面活性剂的增溶、增流作用以及螯合剂的螯合作用来洗脱污染土壤，可以有效去除多环芳烃和重金属。
　　本文在综述土壤洗脱修复技术的原理、研究现状和主要存在问题的基础上，采用批平衡实验，研究了聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯(TW80)、聚乙二醇辛基酚基醚(TX100)、十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)四种表面活性剂对菲、芘单一或复合污染土壤，柠檬酸(CA)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、硫氰酸铵(NH4SCN)和氨基三乙酸(NTA)四种螯合剂（或配位试剂）对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)单一或复合污染土壤以及TW80、EDTA-2Na对菲-Cd(Ⅱ)、菲-芘-Cd(Ⅱ)-Pb(Ⅱ)复合污染土壤的洗脱作用。深入考察了洗脱时间、洗脱温度、水土比、洗脱剂浓度、污染物污染顺序、洗脱剂添加顺序、无机盐离子以及pH值等因素对洗脱作用的影响并探讨了洗脱机理。以期为PAHs、重金属污染土壤的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TW80、TX100、SDS和SDBS对菲、芘单一或复合污染土壤的洗脱作用。结果表明，菲洗脱4h后达到平衡，芘为1h，水相PAHs浓度随时间变化的关系均与准二级动力学方程拟合程度较高。不同水土比体系下，污染物洗脱率按从大到小的顺序排列为W（土）∶V（水）=1∶20、W（土）∶V（水）=1∶10、W（土）∶V（水）=1∶5。随着表面活性剂浓度的增大，菲、芘的洗脱率增加，菲洗脱率大于芘。对于单一菲污染土壤，表面活性剂对菲洗脱率最大值的大小顺序为TW80＞TX100＞SDS＞SDBS。表面活性剂条件一定时，100mg/kg菲污染土壤的洗脱率高于1000mg/kg。对于单一芘污染土壤，当表面活性剂浓度低于5000mg/L时，TX100和TW80对芘的洗脱率高于SDS和SDBS，但浓度高于5000mg/L时效果截然相反。菲-芘复合污染土壤中，菲的洗脱率明显高于单一菲污染土壤，而芘的洗脱率却低于单一芘污染土壤。
　　(2)研究了CA、EDTA-2Na、NH4SCN和NTA对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)单一或复合污染土壤的洗脱作用。结果表明，洗脱时间对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)洗脱率的影响不大。在较低浓度下，CA、EDTA-2Na和NTA对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)以及NH4SCN对Cd(Ⅱ)都有较好的洗脱作用，但相比之下EDTA-2Na的作用更为稳定。除NH4SCN外，螯合剂对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)洗脱率相差不大并交替变化，随着螯合剂浓度的继续增大，Cd(Ⅱ)洗脱率渐渐降低，Pb(Ⅱ)洗脱率保持稳定或逐渐升高，而Cd(Ⅱ)-Pb(Ⅱ)复合污染土壤中这种变化趋势更加明显。螯合剂可在很宽的pH值范围内对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)产生洗脱作用，但作用效果不同，随着溶液pH值的增大，NTA的洗脱作用增强，CA和EDTA-2Na的洗脱作用减弱，而NH4SCN基本无影响，其中Cd(Ⅱ)比Pb(Ⅱ)受洗脱剂pH值变化的影响更大。洗脱后溶液的pH值大于洗脱前。
　　(3)研究了TW80、EDTA-2Na对菲-Cd(Ⅱ)、菲-芘-Cd(Ⅱ)-Pb(Ⅱ)复合污染土壤的洗脱作用。实验得出洗脱时间对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的洗脱率几乎没有影响，而菲、芘的洗脱率随洗脱时间的延长而增大。菲-Cd(Ⅱ)污染土壤中，菲平衡时间为8h，菲-芘-Cd(Ⅱ)-Pb(Ⅱ)污染土壤中，菲平衡时间为16h，芘为8h，与之前单一污染土壤相比，平衡时间更长，洗脱曲线均符合准二级动力学模型。温度的升高对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)洗脱率的影响不显著，但可促进菲、芘的洗脱作用。当TW80浓度一定时，EDTA-2Na浓度的增加会对菲、芘的洗脱产生一定的抑制作用，当EDTA-2Na浓度一定时，TW80浓度的增加亦会对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的洗脱产生一定的抑制作用，但选择适宜的浓度可以使得抑制作用得以较好地控制。就污染物污染顺序对洗脱率的影响而言，两种复合污染土壤的结果一致:菲、芘洗脱率大小的排列顺序为先污染重金属＞先污染多环芳烃＞多环芳烃和重金属同时污染;Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)洗脱率大小的排列顺序为多环芳烃和重金属同时污染土壤＞先污染多环芳烃＞先污染重金属。TW80和EDTA-2Na同时添加对污染物的去除效果较好。NaCl、MgCl2和CaCl2三种无机盐的加入对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)洗脱率略有抑制作用，对菲、芘没有规律性影响。EDTA-2Na-TW80在很宽的pH值范围内对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)具有洗脱作用，但作用效果不同，pH值的增大抑制Cd(Ⅱ)的洗脱作用，而对于Pb(Ⅱ)，其最佳pH值为5.46。洗脱后溶液的pH值大于洗脱前。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 土壤污染

1．1．1 有机污染

1．1．2 重金属污染

1．1．3 有机物和重金属复合污染

1．2 土壤污染修复技术

1．2．1 生物修复

1．2．2 物理修复

1．2．3 化学修复

1．3 土壤洗脱修复技术及其研究进展

1．3．1 有机污染物的洗脱

1．3．2 重金属污染物的洗脱

1．3．3 有机物-重金属复合污染物的洗脱

1．3．4 研究进展

1．4 表面活性剂和螯合剂洗脱有机物、重金属污染土壤存在的主要问题

1．5 论文研究内容和目的

2 表面活性剂对菲、芘模拟污染土壤的洗脱作用

2．1 引言

2．2 材料和方法

2．2．1 试剂及仪器

2．2．2 土壤样品的采集与制备

2．2．3 实验设计

2．2．4 分析方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 振荡时间的影响

2．3．2 水土比的影响

2．3．3 表面活性剂浓度的影响

2．3．4 表面活性剂种类的影响

2．3．5 污染物浓度的影响

2．3．6 污染物种类的影响

2．4 小结

3 螯合剂对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)模拟污染土壤的洗脱作用

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．1 试剂及仪器

3．2．2 土壤样品的采集与制备

3．2．3 实验设计

3．2．4 分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 振荡时间的影响

3．3．2 四种螫合剂的洗脱作用

3．3．3 pH值的影响

3．4 小结

4 聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯(TW80)和EDTA-2Na对菲-Cd(Ⅱ)模拟污染土壤的洗脱作用

4．1 引言

4．2 材料和方法

4．2．1 试剂及仪器

4．2．2 土壤样品的采集与制备

4．2．3 实验设计

4．2．4 分析方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同表面活性剂与螯合剂复配情况的影响

4．3．2 振荡时间的影晌

4．3．3 温度的影响

4．3．4 浓度的影响

4．3．5 菲和Cd(Ⅱ)污染顺序的影响

4．3．6 TW80和EDTA-2Na添加顺序的影响

4．3．7 无机盐离子的影响

4．3．8 pH值的影响

4．4 小结

5 TW80和EDTA-2Na对菲-芘-Cd(Ⅱ)-Pb(Ⅱ)模拟污染黄土的洗脱作用

5．1 引言

5．2 材料和方法

5．2．1 试剂及仪器

5．2．2 土壤样品的采集与制备

5．2．3 实验设计

5．2．4 分析方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 振荡时间的影响

5．3．2 温度的影响

5．3．3 浓度的影响

5．3．4 污染物污染顺序的影响

5．3．5 TW80和EDTA-2Na添加顺序的影响

5．3．6 无机盐离子的影响

5．3．7 pH值的影响

5．4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果