多氯联苯污染土壤的电动—氧化/还原联用修复研究

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多氯联苯(PCBs)是持久性有机污染物(POPs)的代表之一。虽然已于上个世纪80年代禁止生产,但是由于其具有高毒性和持久性,因此对于人类环境和健康仍存在长期的风险。PCBs污染土壤的处理方法有填埋、焚烧、高温脱附、土壤淋洗、化学氧化和微生物修复等,它们都有各自的不足,比如焚烧会产生多氯代二苯并-p-二噁英和多氯代二苯并呋喃等更毒的副产物,微生物修复时间周期长等。电动修复是专门针对低渗透性土壤的一种原位土壤修复方法,能处理有机和无机污染物,特别适用于污染重、深度深的低渗透性场地污染土壤修复。由于有机污染物一般具有较高的疏水性,电动技术通常与其他技术联用以增强疏水性有机物的迁移和原位降解。  本文以PCBs实际污染土壤为研究对象,考察了电动+过硫酸钠(Na2S2O8)氧化以及电动+纳米钯/铁(Pd/Fe)还原联用技术对多氯联苯污染土壤的修复效果。在电动-氧化联用技术中考察了非离子表面活性剂Igepal CA-720和Na2S2O8强化电动修复PCBs污染土壤的效果,比较了不同投加方式和活化方式对Na2S2O8在电场中的迁移以及对土壤中PCBs降解的影响。在电动-纳米零价铁还原联用技术中,考察了电场驱动下纳米Fe0在不同介质中的迁移,研究了不同表面活性剂强化黄原胶分散的纳米Pd/Fe在电场中的迁移以及对土壤中PCBs的降解。主要研究结果如下:  (1)从阳极加入表面活性剂Igepal CA-720和从阴极加入氧化剂Na2S2O8强化电动修复PCBs污染土壤,发现2%的Igepal CA-720能部分溶解土壤中的PCBs,溶解的PCBs能在电场的作用下从阳极向阴极移动。从阴极投加的20%的Na2S2O8能通过电迁移从阴极向阳极移动,PCBs的降解率达到38%。另外,同时从阴极加入活化剂零价铁和氧化剂Na2S2O8,消耗了大量氧化剂,抑制了其向土壤中的迁移及对土壤中PCBs的降解。  (2)考察了阳极投加、阴极投加、两端投加以及反转电场对Na2S2O8在电场中的迁移和对土壤中PCBs的降解的影响。发现当从阳极投加时,Na2S2O8可以通过电渗流迁移到靠近阴极的S4部分,30.8%的PCBs被降解;当从阴极投加时,Na2S2O8可以通过电迁移进入整个土柱,但是PCBs的降解率只有18.9%。从降解率来看,电渗流的作用要高于电迁移,电渗流是Na2S2O8在电场中的主要迁移方式。由于电流强度的增大强化了阴极的去极化效应,消耗了大量的氧化剂,因此从两端投加Na2S2O8和反转电场的处理并没有显著提高土壤中PCBs的去除率。上述结果表明,阳极是最佳的投加位点。土壤中PCBs的降解不仅与Na2S2O8在土壤中的迁移距离和量有关,还与土壤的pH有关,较低的pH有利于土壤中PCBs的降解。土壤TOC影响土壤中PCBs的降解,土壤TOC的降解率与PCBs的降解率相一致。  (3)比较了零价铁活化、络合态铁活化、铁电极活化、碱活化和过氧化氢活化对Na2S2O8在电场中的迁移以及对土壤中PCBs降解的影响,发现碱活化、零价铁活化和过氧化氢活化都在试验初期促进了Na2S2O8在电场中的迁移。电渗流是S2O82-以及其分解产物在电场中迁移的主要方式。活化剂的加入会促进Na2S2O8的分解,随着Na2S2O8的分解,其迁移进入土壤的S2O82-浓度逐渐降低。各处理中PCBs的去除率顺序是碱活化>过氧化氢活化>络合态铁活化>零价铁活化>不活化>铁电极活化。活化效果跟活化剂与Na2S2O8的比例密切相关。  (4)选取四种不同介质,100%石英砂、75%石英砂/25%高岭土、50%石英砂/50%高岭土和100%高岭土,探讨了黄原胶分散的纳米Fe0在不同介质中的迁移行为。研究发现100%石英砂介质的处理中,电渗流量最大,这跟其较大的孔隙和渗透性有关。高岭土的加入都抑制了电渗流的发生,其抑制程度与高岭土的比例没有关系。纳米Fe0在石英砂中的迁移要高于加入高岭土的处理,大部分纳米Fe0在靠近投加口的S1和S2部分。远离投加口的S3和S4部分逐渐由Fe2+向Fe3+转化。纳米Fe0较难在高岭土中迁移。纯高岭土中纳米Fe0的迁移高于混合介质处理,但是大部分是以离子态向阴极迁移。XANES的结果表明高岭土中的铁主要以纤铁矿和磁铁矿存在。  (5)研究了不同表面活性剂对黄原胶分散的纳米Pd/Fe的稳定性、活性、在电场中的迁移以及对土壤中PCBs降解的影响。发现不同表面活性剂的加入都增加了土壤中PCB28的溶解度并且对黄原胶分散的纳米Pd/Fe的稳定性没有负面影响。电场能够促进分散的纳米Pd/Fe在土壤中的迁移,铁含量从投加口向阴极逐渐升高。较高的电渗流有利于纳米Pd/Fe在电场中的迁移,但是由于PCBs较强的疏水性,不加表面活性剂其降解率较低。聚氧乙烯月桂醚(Brij35)-黄原胶分散的纳米Pd/Fe对土壤中PCBs的去除效率最高,在活性试验和电动试验中,对土壤中PCB28和PCBs的去除率分别达到50%和20%。十二烷基本磺酸钠(SDBS)和鼠李糖脂的加入对土壤中PCBs的降解没有促进作用。
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