实际铅污染土壤与模拟铅污染土壤电动修复的对比研究

摘要

我国土壤重金属污染问题日益突出。电动修复技术对土壤扰动小，适用于其他修复技术难以处理的低渗透性土壤，是土壤修复领域研究的热点之一。目前，大多数电动修复技术研究均以性质较为单一的高岭土为研究对象，针对高岭土优化出来的实验条件往往并不适用于实际污染土壤。本文分别以模拟铅污染高岭土、实际铅污染土壤为对象开展了电动修复对比研究，主要结论如下：
　　1、不同浸提剂下模拟铅污染高岭土、实际铅污染土壤浸提效果的对比研究
　　分别以乙酸、柠檬酸和EDTA-2Na作为浸提剂，对模拟铅污染高岭土、实际铅污染土壤开展浸提实验。对于模拟铅污染高岭土，0.01 mol/L EDTA-2Na、0.20mol/L乙酸均对Pb浸提率达100％，而0.20 mol/L的柠檬酸对Pb的浸提率仅有44.4%。对于实际铅污染土壤，三种浸提剂的浸提效果为：EDTA-2Na>柠檬酸>乙酸，其中0.10 mol/LEDTA-2Na溶液对Pb浸提率可达到92%。浸提过程中，土壤中Fe的浸提率远低于污染物Pb的浸提率。
　　2、两种铅污染土壤样品的电动修复过程对比研究
　　分别对模拟铅污染高岭土和实际铅污染土壤开展电动修复实验，并对比0.10 mol/L KNO3溶液和EDTA-2Na溶液作为阴极液对电动修复效果的影响。模拟铅污染高岭土电动修复实验中，使用KNO3溶液做阴极液，Pb在S3和S4两段（自阳极至阴极共分为四段，依次记为S1、S2、S3、S4）土壤的富集率C/C0（修复后土壤Pb浓度C与修复前Pb浓度C0的比值）分别为2.11和1.34；使用 EDTA-2Na溶液做阴极液时，Pb在第四段富集率可达4.45。模拟铅污染高岭土电动修复实验结果证明，使用EDTA-2Na溶液作为阴极液时，可以将阴极液pH控制在4~6，并降低阴极附近土壤的pH，有效改善修复效果。对于实际铅污染土壤，两种阴极液均未能使Pb在土壤内出现富集。电动修复技术对模拟铅污染高岭土的修复效果要好于实际铅污染土壤，主要是因为实际污染土壤中的铅主要以可还原态形式存在，而模拟污染高岭土中的铅主要以较活泼的酸可溶态形式存在。此外，实际污染土壤的性质（如矿物成分、阳离子交换量、酸碱缓冲能力等）更加复杂，也会使铅的迁移比较困难。
　　3、增强条件对实际铅污染土壤电动修复过程的影响
　　针对实际铅污染土壤修复效果差的问题，考察了增大电场强度、采用EDTA-2Na溶液淋洗-电动联合修复技术及延长通电时间三种增强条件对电动修复过程的影响。将电场强度从2 V/cm提高到4 V/cm，电流密度明显增大，土壤pH降低至酸性范围，且修复效果大幅度增加，Pb在第三段土壤（S3）的富集率达到2.44。使用EDTA-2Na溶液淋洗-电动联合修复技术，初始电流会变大，Pb在S3段的浓度富集率为1.70。当通电时间从240 h增加到480 h时，土壤pH的碱性区会往阳极扩张，不利于污染物的迁移，Pb在S3段的富集率为1.69。增强条件改善修复效果的同时也会使单位体积土壤修复能耗升高。增大电场强度、使用电动-淋洗联合技术和延长通电时间，能耗分别达到了748.8、140.3和187.8 kWh/m3。
　　本论文针对模拟铅污染高岭土、实际铅污染土壤开展电动修复处理对比研究，为电动修复技术处理实际污染土壤提供了理论参考。

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1 绪论

1.1 重金属污染土壤

1.2 污染场地修复技术

1.3 电动修复技术

1.4 电动修复铅污染土壤研究现状及问题

1.5 研究目的和意义

1.6 研究主要内容与技术路线图

1.7 论文创新点

2 材料与方法

2.1 实验原料和设备

2.2 实验方法

2.3 两种铅污染土壤样品的基本物理化学特性对比

2.4 本章小结

3 实际土壤与模拟土壤浸提效果对比研究

3.1 模拟铅污染高岭土样品浸提实验

3.2 实际铅污染土壤样品浸提实验

3.3 本章小结

4 两种铅污染土壤样品的电动修复过程对比研究

4.1 电动修复实验方案

4.2 电动修复处理模拟铅污染高岭土

4.3 电动修复处理实际铅污染土壤

4.4 本章小结

5 增强条件对实际铅污染土壤电动修复过程的影响

5.1 增强条件对电动修复实验影响实验方案

5.2 不同增强条件对电流的影响

5.3 不同增强条件对电极液pH的影响

5.4 不同增强条件对土壤pH的影响

5.5 不同增强条件对电动修复效果的影响

5.6 不同增强条件下电动修复过程的能耗

5.7 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间的论文及专利*