氯丹重污染土壤复合催化修复技术的研究

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为修复有机氯农药(氯丹)污染场地,本文研发了新型微波-化学修复剂复合催化氧化技术和工艺。系统考察了微波条件、土壤理化性质、吸波介质、氧化剂等各影响因素对氯丹去除率的影响。通过提高处理土样的质量考察了最佳参数条件下的微波利用效率及处理能力。正交试验结果显示,120g土样在含水率为20%、pH8.5、活性炭投加量70g·kg-1,功率600W、辐照25min后,氯丹去除率超过94%。  能量是土壤中污染物去除的主要影响因素。微波条件决定了装置的处理能力和微波利用效率。本实验装置在最佳参数条件下将处理土样由120g提高到为1000g,去除率为85.1%,且提高了能量利用效率,为工程应用的可行性进一步提供了支撑。中试研究对小试的最佳参数条件进一步优化,在功率18kW、停留时间23min、处理土壤400kg·h-1、含水率15%、pH为9.0、活性炭投加量30g·kg-1条件下,邻二氯苯、苯酚、总石油烃、1,2-二氯乙烷等有机污染物的去除率分别为99.96%、74.74%、91.83%、99.03%。中试结果证明了微波修复有机氯污染土壤的技术经济可行性。  在土壤添加吸波介质可以提高土壤ε"值和土壤升温速率。各吸波介质对微波法降解氯丹效果的增强效果依次为:活性炭≈MnO2(碱性)>MnO2(酸性)>Cu2O。MnO2是土壤中常见成分,但自然环境中背景值较低,因此大量投加对土壤可造成潜在的影响。而活性炭在土壤中可作为微生物及植物的碳源,对土壤理化性质基本没有影响。本文选取活性炭作为最佳吸波介质。  在保证土壤中氯丹残留浓度达到修复目标的条件下,选择以下适宜的参数:功率600W、辐照20min、土壤含水率20%、pH8.5、活性炭投加量为50g·kg-1,在此条件下粒径1.18~2.8mm的土样去除率可达到94%,粒径0.85mm的土样去除率可达到92%,粒径小于0.83mm的土样去除率可达到89%。与不投加活性炭相比,投加活性炭时降解率提高了27%。活性炭是良好的吸波介质,投加活性炭可缩短土样预热时间,提高氯丹去除率及减少二次污染。在保证土壤中氯丹残留浓度达到修复目标的条件下,通过调整土壤pH可适当减少活性炭投加量即可降低处理成本。  在微波辐照条件下在土壤中加入氧化剂可促进氯丹在土壤中的降解。各氧化剂对氯丹降解能力的大小排序为:Zn(酸性)>Al(碱性)>Fenton试剂>Fe(酸性)。Zn粉在投加量较低时即对氯丹有较好的降解效果,投加20g·kg-1时去除率可达89.3%。试验中土样的Zn粉含量与场地土壤环境风险评价筛选值标准相比高出1.5倍,但由于微波辐照下温度较高对Zn有一定的固定作用,Zn粉仍可作为酸性土壤中较为理想的氧化剂。  正交试验结果表明,功率是影响微波降解土壤中氯丹的主要因素,其次是微波辐照时间、活性炭投加量、含水率。粒径和污染水平对氯丹最终去除率的影响不大。氯丹在土样中分解的适宜温度范围为200~300℃。微波法降解土壤中氯丹的中间产物有六氯、七氯、九氯等,随着辐照时间的延长,这些中间产物会进一步分解、矿化,残留浓度更低。
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