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土壤电阻加热耦合化学氧化处置多环芳烃污染土壤效果及机理

文献类型:学位论文

作者韩自玉
答辩日期2021-01
文献子类博士后
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师陈卫平 ; 焦文涛
关键词电阻加热 热脱附 土壤有机污染 化学氧化 多环芳烃 原位修复 Thermal Desorption Soil Organic Pollution Chemical Oxidation Polycyclic Aromatic Hydrocarbons In Situ Remediation electrical Resistance Heating (erh)
学位名称博士后
学位专业生态学
其他题名EFFECT AND MECHANISM OF ELECTRICAL RESISTANCE HEATING COMBINED OXIDATION TREATING POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS CONTAMINATED SOIL
英文摘要

      随着我国工业化进程加快,工厂车间升级搬迁所遗留的土壤污染问题受到社 会各界的重视,其中挥发性高、毒性高的多环芳烃类有机污染物受到广泛关注。 土壤电阻加热作为原位热脱附技术的一种,近年来在场地修复案例中得到应用, 是最有潜力的原位有机污染土壤处置技术之一。然而该技术主要控制参数并不明 确,且存在效率低、耗时长的问题,需要阐明其控制参数与耦合高效氧化技术的 可行性,从而提高该技术的适用范围。因此本文以多环芳烃为目标污染物,以电 阻加热为主要处置手段,进行了土壤电阻加热处置、电阻加热耦合化学氧化实验, 研究了电阻加热控制因素、电阻加热耦合化学氧化可行性、电阻加热对土壤微生 物的影响等内容,主要结果如下:

       1. 电阻加热主要控制因素为土壤水分、土壤盐分电场强度,本研究所用实验 装置需要至少 4 g 盐溶液(0.1%)加热 15 g 土壤至目标温度(94 ℃)。电阻加热 过程可描述为:初始水分和盐度充足时,温度持续升高,失水率增大;在一定的 温度下,水变得不足以维持加热所需的电流;随后,电流在温度下降之前减小。 电阻加热对多环芳烃的去除率高于常规加热处置,这与水的挥发性和污染物与水 共沸有关。

        2. 电阻加热处理后 120 min,污染土壤中多环芳烃的去除率为 21.63% (DBA) ~ 71.53% (Nap),去除率与多环芳烃的沸点呈负相关 (P = 0.002)。在添加化 学氧化剂的情况下,添加过硫酸钠可以提高多环芳烃的去除率,添加 2.5 mmol/g 过硫酸钠可以使菲的去除率由 35.90%升高至 79.42%,苯并芘去除率由 23.50%升 高至 85.47%。经指数削减模型拟合,氧化剂对电阻加热对多环芳烃去除速度提 高了 45.50%。总之,电阻加热和化学氧化耦合技术是减少修复时间、降低修复 成本较为合适的方法。

        3. 验证了电动输送电阻加热耦合技术的可行性,在 48 h 内电动输送能够将 氧化剂输送至 20 cm 箱体。电动迁移处置过后,63.10%的多环芳烃被去除,对低 环不稳定多环芳烃去除效果较好,但对高环多环芳烃 BbF、BkF、BaP、IND、DBA 和 BghiP 的去除率仅有 33.40%。在电动输送后的电阻加热处置对高环多环芳烃 的去除率达到 76.32%,对多环芳烃总的去除率达到 86.21%。证明了电阻加热耦 合电动输送氧化剂处置多环芳烃污染土壤理论可行性。 

         4. 土壤 100 ℃热处置后,土壤中微生物数量降低,但在短时间内恢复,并不 受到土壤初始微生物数量的影响。而电阻加热处置却导致微生物数量增加,如杭 州污染土壤微生物量从 45.10×105 个/mL 增加到 225.00×105 个/mL,电阻加热处 理对土壤微生物数量的增加有显著的促进作用。电阻加热处置使土壤中微生物群 落丰富度增加,而常规加热处置后土壤种内多样性降低,聚类分析表明,土壤电 阻加热使土壤微生物群落种间多样性趋同,主要为适应性较强的变形菌门 (Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)。电阻加热胁迫条件下,存活的土壤 微生物大部分为正相关关系,环境对部分存活微生物的刺激作用原理一致,因此, 利用存活微生物协助电阻加热技术耦合形成可持续修复技术具有可行性。

页码99
源URL[https://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/46997]  
专题生态环境研究中心_土壤环境科学实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
韩自玉. 土壤电阻加热耦合化学氧化处置多环芳烃污染土壤效果及机理[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:生态环境研究中心

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