土壤砷污染紫外光/H2O2氧化、固化稳定与磷化学抑制复合技术研究

摘要

土壤污染因其隐蔽性、滞后性、长期性,较难察觉,长期为人类所忽视。土壤砷污染为土壤重金属污染中最常见污染物之一。近年来随着砷使用量日益增大、使用范围越来广,土壤砷污染问题日益突出。论文首先综述砷基本性质、来源、危害、我国砷污染状况、土壤砷污染治理工艺并综合对比分析各工艺优缺点,在此基础上提出了土壤砷污染UV/H2O2催化氧化、固化稳定和化学抑制复合治理技术。
　　该复合技术由三部分组成:UV/ H2O2催化氧化、固化稳定剂对砷固化及P化学抑制作用:首先通过催化氧化作用将土壤中砷最大化转化为五价砷,使砷毒性和迁移性降低,同时也有利于固化稳定剂对其固定;通过投加Fe、Al、Ca等固化稳定剂与土壤中五价砷产生沉淀吸附,使活性砷转化为难溶性沉淀物,迁移性、毒性降到最低;在此基础上施加P抑制剂,通过P与砷的拮抗作用,一方面减少作物对残余砷的吸收从而降低砷对其的危害,另一方面P抑制剂能促进土壤通过物理吸附的有效态砷释放出来,从而增大固化稳定剂与释放出的有效砷的接触机会,即:促进土壤中砷的物理吸附向沉淀吸附的转化。复合技术三个步骤之间互相促进,具有协同作用,能发挥很好的固砷效果。
　　本研究通过单因素实验、正交试验、验证实验全面考察该技术参数及其有效性。
　　一、单因素实验。(1)光催化氧化试验,考察太阳光和紫外光光强、波长、光照时间、双氧水投加量、土壤翻动因素对氧化效果的影响,结论:土壤翻动对氧化效果具有显著影响,定时翻动能使土壤松动,能显著提高氧化率和氧化速率;在相同光照强度和时间下,氧化效果:紫外光+H2O2(As3+氧化率77.65％,下同)>太阳光(以8W白炽灯模拟)+ H2O2(34.62%)> H2O2(30.38%)>紫外光(UVB,8W,39.75%)>太阳光(27.22%)>无处理组(10.35%);光因素正交实验得出最佳氧化参数为UVC,照射强度12W,照射时间4小时,H2O2投加量5ml(98%)/kg,此时土壤中剩余三价砷仅为8.07mg/kg,三价砷氧化率达到了79.82%;气候条件允许条件下可以太阳光+H2O2代替紫外光+H2O2以降低处理费用和施工难度。(2)固化稳定实验,考察固化稳定剂的种类、组合、投加顺序、投加量、时间对砷的固化稳定效果。结论:单种固化稳定剂固砷效果Fe>Al>Ca>Mg,Fe3+在10h内固砷率达61.42%,固化稳定剂最佳组合Fe+Al+Ca,在同等条件下固砷率为66.22%,比单种铁固化稳定剂提高了近5%;三种固化稳定剂最佳投加顺序为 Al3+→Fe3+→Ca2+;固化稳定剂投加量正交实验表明最佳投加量(质量比)为As:Fe:Al:Ca为1:1.5:1:2。(3)化学抑制实验,三种抑制剂(磷酸钠,磷酸氢二钠、磷酸二氢钠)释砷效果相当,但从固化稳定角度考虑,磷酸二氢钠最合适,因为磷酸二氢钠不会与固化稳定剂发生沉淀。二、最佳工艺正交实验。最佳工艺参数为固化稳定剂投加量 As:Ca:Fe:Al为1:2:1.4:1.1,化学抑制剂投加量As:P为1:1.3,pH保持在3-5,含水率5%,处理时间为8h,此时土壤中活性砷剩余量从40mg/kg降至5.64mg/kg,活性砷去除率达到85.90%。三、验证实验。浸取实验表明,该工艺处理过土壤在pH<8环境中能保持较好的固定效果;作物盆栽实验表明,该技术能有效降低作物对砷的吸收,降低砷对作物危害;砷迁移实验表明该技术能显著降低土壤中砷迁移性尤其是向下层迁移。
　　结论:该技术具有快捷、高效、稳定、试剂材料易得性,对土壤影响较小,可用于常规土壤砷污染治理,亦可用于土壤砷污染突发事故的应急处理。

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表清单

1绪论

1.1文献综述(The general reviews)

1.1.1砷简介

1.1.2我国土壤砷污染状况

1.1.3土壤砷污染危害

1.1.4土壤砷污染来源

1.1.5土壤砷形态分析及转化、迁移途径

1.1.6土壤砷污染治理技术

1.2 UV/H2O2氧化、固化稳定及化学抑制复合技术的提出(The arise of the composite process)

1.2.1该复合技术的依据及可行性

1.2.2本课题研究内容

1.2.3固化稳定剂铁、铝、钙盐在不同条件下存在形态分析

1.2.4砷在土壤固-液界面的行为分析

1.2.5土壤砷提取分析方法

1.2.6研究方法及技术路线

1.2.7本课题研究意义及应用前景

1.2.8研究创新点

2实验部分

2.1实验前期准备( The preparation of experiments)

2.1.1供试土壤采集及预处理

2.1.2土壤基本性质测定

2.1.3.试剂配制

2.1.4实验仪器及试剂

2.1.5氢化物发生-原子荧光光度法测定砷原理及其条件设定

2.1.6污染土壤砷形态分析方法

2.1.7土壤中有效态砷提取率确定实验

2.2 UV/H2O2氧化实验(The UV/H2O2 oxidation experiments)

2.2.1.光因素对比试验

2.2.2加标回收法确定测定方法准确度

2.2.3紫外光参数正交实验

2.3固化稳定实验（The Solidification-stabilization experiments）

2.3.1单种固化稳定剂试验（Fe3+，Al3+，Ca2+、Mg2+）

2.3.2组合固化稳定剂投加实验

2.3.3固化稳定剂投加顺序

2.3.4固化稳定剂投加量正交实验

2.4 磷化学抑制剂筛选实验(The P chemical antagonism experiments)

2.5 最佳工艺参数正交实验(The best process parameters experiments)

2.6工艺效果验证实验(The verifying experiments)

2.6.1静态浸出试验

2.6.2生物盆栽实验

2.6.3砷土壤迁移实验

3结论与展望

参考文献

作者简历

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