过硫酸盐高级氧化法降解污染焦化土壤中多环芳烃的实验探究

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随着现代化发展,我国的土壤污染状况日益严重,受到土壤污染的农田耕地面积就占到了总耕地面积的十分之一以上。其中处理多环芳烃(PAHs)土壤污染问题是一个研究热点。过硫酸盐氧化降解技术由于其高效性、强氧化性、低污染性等特点受到越来越多的关注。本文主要研究内容为亚铁与超声协同活化对于过硫酸盐氧化降解焦化污染土壤中多环芳烃的影响。过硫酸盐主要包括有过一硫酸盐与过二硫酸盐,考虑效果及成本原因,本文使用过二硫酸盐作为氧化剂。主要分成三部分进行,首先证明协同活化对于PAHs的降解具有协同作用并探讨其中机制;然后分析添加量对于协同活化的影响,得到最佳添加量指标;最后分析其他因素如土壤粒径等对协同活化的影响,进一步研究完善氧化降解方案。本文研究得到的主要实验结论如下:亚铁离子与超声协同活化过硫酸盐氧化降解焦化污染土壤中PAHs,对比于单一活化方式具有促进作用。在协同活化下,多环芳烃降解率可以达到69%。相比于单一活化,可提升10%以上。单一过硫酸盐体系也可以对土壤多环芳烃有一定降解作用,这应该与土壤中存在的天然活化剂如铁锰化合物等相关。协同活化体系下,高环PAHs的降解率可达69.08%,对比于单独过硫酸盐体系,可提升约33.4%,协同活化对于高环多环芳烃的促进作用更为显著。通过猝灭实验说明硫酸根自由基在协同活化过硫酸盐氧化降解PAHs的过程中起到主要氧化与降解作用,羟基自由基起到一定的氧化降解作用。在猝灭实验中,叔丁醇猝灭实验组PAHs的降解率为54.96%,与未加猝灭剂的实验组对比,降解率降低15%。通过添加剂影响实验确定在亚铁离子与超声协同活化氧化降解污染土壤中PAHs实验中,氧化剂的最佳添加量为5mmol/g;亚铁离子的最佳添加量为3mmol/g;水土比最佳控制在4:1。随氧化剂添加量增加,多环芳烃降解率逐渐增加,后氧化反应趋于平缓,当氧化剂浓度添加至5mmol/g时,降解率达到58.1%。经氧化降解后,土壤中超标严重的苯并a蒽含量、苯并b荧蒽含量达到我国对第一类用地的筛选值5.5mg/kg的要求。随亚铁离子的浓度增加,PAHs的降解率从63.26%提升至86.07%。过量的Fe2+会抑制自由基影响降解率,考虑到成本等因素,最佳亚铁离子浓度定至3mmol/g。PAHs的降解效率变化受到水土比的影响,水土比为4:1时,PAHs降解率提升至86.07%,增加趋势逐渐变缓,考虑工程用水问题,确定最佳水土比为4:1。综合其他因素对PAHs氧化降解影响实验探究发现,土壤粒径对于协同活化氧化降解体系无明显影响;超声功率对于协同活化氧化降解体系有重要影响,存在最佳超声功率,受超声条件限制,超声实验确定的最佳超声功率为100w;氯离子与碳酸氢根离子对于协同活化氧化降解体系有抑制作用,在工程应用中应该注意这方面的影响。对于不同粒径土壤,虽然PAHs初始浓度有差异,但反应过程中降解率无明显差异,降解率在83%到86%之间。超声功率是亚铁离子与超声协同活化氧化土壤中PAHs降解率重要影响因素。随超声功率增加(60w至100w至400w),PAHs的降解效率先增加后下降。氯离子与碳酸氢根离子对于亚铁离子与超声协同活化氧化降解土壤中PAHs的反应过程均有一定的抑制作用。
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