生物质灰原位稳定化治理多环芳烃污染底泥技术及评价方法研究

摘要

基于炭质吸附剂对持久性有机有毒有害化学品的强烈亲和作用,为降低化学品暴露对环境和生物产生危害的风险,所建立的原位稳定化修复污染底泥技术,弥补了传统的疏浚及覆盖技术破坏原始生态环境,费用高等缺陷,是目前各国重点关注的底泥治理技术。本论文以多环芳烃(PAHs)为研究对象,研究了底泥及炭质吸附剂(1种草木灰、2种电厂灰)对PAHs的吸附机理,并分别在实验室和北京市凉水河进行了静态模拟原位稳定化试验和现场原位修复试验,对治理效果评价方法进行了研究。研究成果不仅为污染底泥原位稳定化治理技术的应用提供依据,还为持久性有机有毒有害化学品的迁移行为,环境及生物风险评估,环境制度与决策的制定提供基础数据。研究所得结论如下:
　　(1)底泥及炭质吸附剂的理化性质表征及表面分析:与电厂灰和底泥相比,草木灰的表面积最大,为45.28m2/g,且孔径17.0Å-1000.0Å的中孔和微孔提供了近95％的表面积;三种吸附剂均带有羧基、羟基等极性官能团,并且生物质电厂灰中存在脂肪烃、芳香烃类弱极性物质。这些理化性质决定了草木灰对芘的吸附容量最大,达到了1.73mg/kg,并且在底泥修复过程中的修复效果最好。
　　(2)对芘在底泥、草木灰、及两种电厂生物质灰上的吸附过程进行方程拟合,结果显示:二级动力学方程和Freundlich方程的拟合效果最好,R2>0.95,说明吸附过程并不是简单的重新分配过程,明显存在快速吸附和缓慢吸附两个反应过程,并存在着滞留作用,20h达到了相对平衡。吸附试验结果表明:底泥、草木灰、聊城灰和东海灰的qe值分别为0.36mg/kg、1.73mg/kg、1.13mg/kg、0.74mg/kg;原因是草木灰表面有大量的孔隙结构,这是影响吸附的主要因素。此外,有机碳含量、颗粒的表面结构等也会对吸附产生影响。
　　(3)通过投药过程,使修复污染物浓度在700ug/kg左右。修复试验过程中,利用SPMD富集法及连续提取法来评价实验室模拟试验修复效果。评价结果表明:污染底泥中添加炭质吸附剂,使污染底泥中的污染物的生物有效性明显降低。其中,草木灰的效果最好,生物利用率下降了50%左右,聊城电厂灰次之,生物利用率也下降了40%。另外,草木灰对萘的吸附能力比菲强,两者的生物利用率分别下降了50%和42%。总的来看,三种炭质吸附剂的效果明显好于底泥自净作用;且污染底泥中的污染物总量基本保持稳定,说明修复过程是以物理吸附的方式为主。
　　(4)利用连续提取法和索氏提取法对现场稳定化修复试验的修复效果进行评价,评价结果表明:三种吸附剂(草木灰、聊城电厂灰、东海电厂灰)都在不同程度上对底泥中污染物的生物有效性起到了积极作用;尤其是草木灰,在索氏提取量维持在45ug/kg左右的情况下,污染物的生物利用率从50%以上下降到20%以下。这个结果与草木灰自身结构和吸附质的性质有关,草木灰的中、微孔比例高,对污染物的固定能力强,聊城灰的修复效果仅次于草木灰,东海灰的修复结果比较差。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究内容与技术路线

1.3 研究目的与意义

1.4 课题来源

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

3 底泥和吸附剂基本理化性质的表征

3.1 底泥和吸附剂的理化性质的测定方法[80]

3.2 理化性质的测定结果

4 吸附解吸试验

4.1 试验方法

4.2 试验结果与分析

5 底泥原位治理静态模拟试验

5.1 试验方法

5.2 试验结果分析与讨论

6 现场原位治理试验

6.1 现场原位修复试验方法

6.2 现场原位修复试验结果与讨论

7 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

致谢

参考文献