重金属污染土壤微波玻璃化技术研究

采用微波技术对土壤中Cd进行玻璃化固定研究,考察了微波辐照功率、助熔剂硼砂和微波敏化剂活性炭对玻璃化效果的影响。结果表明:延长辐照时间和增大微波功率,土壤外观发生明显团聚结晶的玻璃化现象,Cd的固定率显著升高。微波(539 W)辐照5 min,Cd的固定率可达95%以上。硼砂可显著降低土样的熔融温度,从而缩短微波时间,降低能耗。添加活性炭显著提高Cd的固定率而粒径对Cd的固定率影响不显著。微波作用形成的玻璃体结构致密结实,Cd的浸出浓度满足国家标准限值,使得污染土壤资源化的实现具有一定的可行性。     

FeCl3强化汞污染土壤热解吸修复

目前采用的热解吸技术修复汞污染土壤所需热解吸温度(600~800 ℃)较高,导致修复成本很高,也造成土壤本身结构的破坏. 采用在土壤中加入添加剂的方式来降低土壤修复的热解吸温度和热解吸时间, 分析了热解吸修复汞污染土壤时FeCl₃的最佳投加量、热解吸时间和热解吸温度,并且对试验条件进行优化. 结果表明:在土壤中添加FeCl₃能够有效提高汞的去除率,可降低热解吸所需的温度和时间. 当热解吸温度为400 ℃、热解吸时间为30 min时,随着c(FeCl₃)/c(Hg)的增加,汞的去除率逐渐提高. c(FeCl₃)/c(Hg)、热解吸温度、热解吸时间分别为150、450 ℃、20 min下,是汞污染土壤热解吸修复的最佳条件. 在热解吸过程中添加FeCl₃,可以使土壤中的w(Hg)在较低热解吸温度、较短的热解吸时间下降至GB 15618—1995《土壤环境质量标准》三级标准限值(1.5 mg/kg)以下.      

Microwave thermal remediation of crude oil contaminated soil enhanced by carbon fiber

Thermal remediation of the soil contaminated with crude oil using microwave heating enhanced by carbon fiber (CF) was explored. The contaminated soil was treated with 2.45 GHz microwave, and CF was added to improve the conversion of microwave energy into thermal energy to heat the soil. During microwave heating, the oil contaminant was removed from the soil matrix and recovered by a condensation system of ice-salt bath. The experimental results indicated that CF could e ciently enhance the microwave heating of soil even with relatively low-dose. With 0.1 wt.% CF, the soil could be heated to approximately 700°C within 4 min using 800 W of microwave irradiation. Correspondingly, the contaminated soil could be highly cleaned up in a short time. Investigation of oil recovery showed that, during the remediation process, oil contaminant in the soil could be e ciently recovered without causing significant secondary pollution.     

氧化铁矿物在微波修复多环芳烃污染土壤中的作用机制

多环芳烃(PAHs)是焦化污染场地中常见的污染物. 微波修复具有加热均匀、能耗低、耗时短的特点,在土壤修复中有较好的应用前景. 该研究选择氧化铁矿物含量低的污染土壤作为试验对象,分别添加10%的针铁矿、赤铁矿和磁铁矿,对添加前后土壤的吸波性能、升温特性及PAHs去除率进行研究,评价氧化铁矿物在微波修复PAHs污染土壤中的作用. 结果表明:土壤中加入氧化铁矿物能够改善其吸波性能,提高复介电常数、复磁导率的实部值和复磁导率的虚部值,最大增幅分别为31.79%、12.24%和73.91%. 氧化铁矿物的加入使得土壤产生自由基,促进土壤极化现象,增强吸波能力. 氧化铁矿物还能够改善土壤的升温特性,当微波功率为600 W时,添加了针铁矿、赤铁矿、磁铁矿的土壤所达到的最高温度分别是原土壤的1.23、1.10和1.07倍. 随着温度的升高,PAHs去除率随之升高,分别是原土壤的1.45、1.31和1.48倍. 研究显示,氧化铁矿物的添加能够提高微波修复PAHs的效能.      

铅锌矿区土壤中有效态重金属的稳定化研究

为研究铅锌矿区土壤中重金属的稳定化方案,实地采集了四川省攀枝花市米易县某铅锌矿区污染土壤,采用稻壳、秸秆-木材和动物粪便3种不同来源的生物炭对土壤中弱酸提取态Pb、Zn、Cd、Cu和水溶态Zn进行了静态实验,并在此基础上选择动物粪便炭添加到污染土壤中进行了35 d的培育实验。结果表明:动物粪便炭对矿区污染土壤中弱酸提取态Zn、Cd、Pb、Cu稳定化性能最好,去除率分别为13.16%、15.68%、96.33%、65.39%,3种来源生物炭对水溶态Zn去除率均>90%;培育实验中施用30%动物粪便炭的土壤中弱酸提取态Pb降低了97.36%,水溶性Zn也得到了有效降低。因此动物粪便炭的施加可降低矿区污染土壤中重金属的迁移能力,对于铅锌矿区土壤重金属污染的防范与治理提供了参考。     

绝缘油污染土壤微波脱附试验

采用微波-热重反应装置,针对绝缘油污染土壤进行微波热脱附试验,考察不同温度下绝缘油脱附效率以及污染土壤失重规律,并在此基础上对土壤中残余绝缘油组分及分布进行分析。结果表明:当温度达到400℃以上时,土壤中绝缘油去除效果较好,绝缘油去除率可达到98.6%,能够满足土壤修复要求。含油土壤随着温度升高主要经历水分挥发、易挥发性有机物析出、难挥发性有机物析出等阶段,在100~200℃阶段,主要是土壤中水分和部分低挥发性有机物析出;在400~500℃阶段,主要是土壤中绝缘油析出。土壤中绝缘油的成分以C12—C21烷烃类化合物和5~6环芳香烃为主,当温度达到400℃以后,绝缘油中各组分逐步被完全脱附,综合考虑脱附效率和经济性原则,绝缘油污染土壤脱附温度以400~450℃为宜。     

微波焙烧强化废锂离子电池中的金属回收研究

为进一步提高资源回收效率和降低能耗,围绕废锂离子电池正极材料中有价金属的资源回收问题,提出对废锂离子电池正极材料进行微波焙烧前处理以强化提高各有价金属的浸出效率.结果显示,在不同微波焙烧功率条件下均存在最优焙烧时间以获得最佳金属回收率.综合考虑工序、能耗、成本等因素,研究确定微波焙烧功率600W,焙烧时间6min为较优微波焙烧处理条件,以H₂SO₄+H₂O₂为浸出体系,固液比为20g/L,反应温度为80℃,反应时间为60min条件下,Li、Ni、Co、Mn的浸出率分别达96%、85%、76%、52%.微波焙烧对废锂离子电池正极材料中有价金属浸出效率的强化效应主要来源于以下三方面的共同作用：其一,金属颗粒在微波作用下放电产生瞬时高温;其二,在瞬时高温条件下部分金属发生还原反应转化为更易于浸出的化学形态;其三,包覆在物料颗粒表面的有机物得以高效去除,提高金属裸露程度.     

微波诱导催化剂Fe_2O_3/Al_2O_3对甲基橙废水的处理

采用微波诱导氧化工艺(MIOP)处理模拟甲基橙废水,考察了催化剂用量、微波辐射时间、微波辐射功率及pH值对甲基橙脱色率的影响。结果表明:在微波功率900W、辐射时间5min、催化剂用量2g/L的条件下,处理20mg/L的甲基橙废水脱色率可达93.2%。同时动力学分析表明,该氧化过程符合一级动力学规律。     

Electrochemical remediation of copper contaminated kaolinite by conditioning anolyte and catholyte pH simultaneously

This report examined electrochemical remediation of copper contaminated kaojinite by controlling electrolytes‘ pH for both of anolyte and catholyte simultaneously.Results showed the electrokinetic process and remediation efficiency varied obviously when different buffer systems,including citric acid(test 1),nitric acid EDTA(test 2)and nitric acid(test 3),were used to control catholyte pH AND Na2CO3 was used at the same time to control all anolyte one.It was found that under such pH condition soil‘s pH in soil column kept at 3.0-7.0 successfully,and correspondingly no copper precipitation and decrease of soil electroconductivity appeared.which are usually observed in electrokinetic process due to OH^- introduction into soil cojumn by electrochemical reaction occurred in cathode.Electroosmosis flow rates were almost equal for these three tests,indicating that these buffers did not affect Zeta-potential of kaolinite within the examined duration.More acid and basic solution was added into electrokinetic cell when nitric acid was used as buffer than when nitric acid EDTA and then citric acid were used.Due to introduction of large amounts of ions into soil column,significant higher current was observed for test 3 than other two.Analysis of copper speciation and total quantity in kaolinite indicated that 22.5%,23.74%and 55.65% Cu were removed from kaolinite for test 1,test 2 and test 3 respectively after only 10 days‘ electrokinetic remediation.     

两种铁基材料对污染农田土壤砷、铅、镉的钝化修复

制备得到了铁钙（FeCa）和铁锰（FMBO）两种铁基材料,用于钝化修复As、Pb和Cd污染土壤.研究采集了来自绍兴上虞（SY）、广东佛山（FS）、广东韶关（SG）、湖南浏阳（LY）、江西赣州（GZ）、贵州独山（DS）和安徽马鞍山（MAS）的7种重金属污染水稻土（潮泥土）,通过土壤培养试验,研究铁钙材料（FeCa）和铁锰材料（FMBO）对各类土壤溶液中As、Pb和Cd浓度动态变化的影响,对土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果的影响,以及在不同种类土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果差异及影响因素.结果表明,培养过程中,铁基材料处理下土壤溶液中As、Pb和Cd浓度均低于对照处理.研究发现,两铁基材料均能对土壤中As、Pb和Cd起到较好的钝化作用,相同添加量下,铁钙材料对土壤As的钝化效率优于铁锰材料,而材料之间对土壤Pb和Cd钝化效率无显著差异.铁钙材料处理下各种土壤As钝化效果表现为GZ > SG > DS和MAS,土壤铅钝化效果表现为FS>SY、LY和SG>MAS,土壤镉钝化效果表现为SY、GZ和DS>MAS;铁锰材料处理下各种土壤As钝化效果表现为SY、LY和GZ > DS > FS,土壤Pb钝化效果表现为FS > GZ > SY,土壤Cd钝化效果表现为DS > LY > MAS.各种土壤As钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤黏土含量呈显著负相关,各种土壤Pb钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤pH呈显著正相关,各种土壤Cd钝化效率在铁钙材料处理下与土壤黏土含量显著负相关.总体来看,两铁基材料均适用于各不同种类As、Pb和Cd污染土壤的治理.     

人工鸟粪石对Cd污染土壤中黑麦草生长的影响

以MgCl₂为添加剂,调节含N、P废水中n（Mg2+）∶n（NH₄+）∶n（PO₄3-）比例为1.15∶1∶1,pH为8.5~9,反应时间30 min,经SEM、FT-IR、XRD表征后发现,所得产物以鸟粪石为主。将人工鸟粪石联合黑麦草修复Cd污染土壤,研究表明:人工鸟粪石可有效提升土壤pH、速效磷含量以及酶活性,同时可以降低土壤中交换态Cd含量,增加黑麦草叶片谷胱甘肽GSH含量来降低叶片内丙二醛MDA含量,减少膜脂过氧化程度。与对照相比,人工鸟粪石使黑麦草生物量提升81.7%~148.5%,Cd总提取量提升25.41%~44.27%,且当添加剂量为5%时修复效率最佳。     

电芬顿-生物泥浆法联合修复芘污染土壤

以芘污染土壤为研究对象,建立一种电芬顿与生物泥浆法联合的修复（EF-BIO）处理方法.通过对2种修复技术在污染物降解过程中显现出的不同降解特性以及所需环境因素的区别与变化的分析和研究,构建一种高效的联合的有机污染土壤修复方法.研究主要分为两部分：第一部分通过目标污染物去除率与降解速率,羟基自由基（·OH）生成量与微生物数量,以及污泥pH值等参数的变化分析得出联合修复方法的联合顺序;第二部分通过不同联结时间点目标污染物去除率与降解速率,微生物数量变化以及中间产物变化等的研究分析,确定最佳的EF-BIO联合修复方法.结果显示：当EF先进行6h,EF-BIO联合修复法仍然在72h内对芘的去除率高达91.02%,比单独使用两种方法的去除率提高50%以上.     

基于均匀设计的类Fenton's体系去除污染土壤中蒽和芘的研究

分别以乳酸、L-酒石酸、柠檬酸为助剂,将其添加至类Fenton's体系中去除污染土壤中的蒽和芘等多环芳烃.结果发现,以柠檬酸为助剂时,多环芳烃的去除率为83.75%.同时,以均匀实验设计法考察了H2O2用量、Fe SO4用量、反应温度、反应时间、水土比、柠檬酸用量和多环芳烃染毒浓度对多环芳烃去除率的影响.实验数据和结果经DPS(Data Processing Station)软件处理后得到多环芳烃去除率与各反应因素之间的回归方程,经随机验证实验和计算结果对比表明,该回归方程的拟合误差低于5%,具有精确的预报性.     

不同条件下皂苷对污染塿土中Cu、Pb的淋洗修复

为了探讨环境友好型生物表面活性剂皂苷(saponin)对污染塿土中重金属Cu、Pb的淋洗修复效果,采用批次试验方法,研究了皂苷在不同的淋洗时间、质量浓度、p H、淋洗次数及背景电解质强度下对Cu、Pb单一污染塿土和复合污染塿土中Cu、Pb的淋洗效果.结果表明,当皂苷质量浓度为50 g·L-1、p H值为5.0、淋洗时间为240 min、无背景电解质离子共存时,重金属离子通过与皂苷胶团络合,对污染塿土中Cu、Pb的淋洗去除效果达到最大;在单一污染塿土和复合污染塿土中,50g·L-1的皂苷在最佳淋洗条件下对Cu的单次淋洗百分率分别为29.02%和25.09%,对Pb的单次淋洗百分率分别为31.56%和28.03%,同时也显示皂苷对Pb的去除效果比Cu更显著.经过4次淋洗后,在单一污染塿土和复合污染塿土中皂苷对Cu的累积淋洗百分率分别为58.92%和53.11%,对Pb的累积淋洗百分率分别为77.69%和65.32%.单次淋洗前后污染塿土中重金属形态分级结果表明:污染塿土中吸附态、交换态Cu、Pb的质量分数有所增加;碳酸盐结合态、有机结合态和硫化物残渣态的Cu、Pb可得到有效去除.     

热脱附-稳定化工序对土壤镉稳定化效率的影响

热脱附-稳定化是修复重金属-有机物复合污染土壤的主要工艺。由于热脱附对土壤重金属有“活化”和“固化”的双重作用,因此,热脱附-稳定化工序会影响重金属的稳定化效率。以含镉(Cd)的复合污染土壤为研究对象,从浸出率、形态分布、微观形貌3个层面,分析热脱附-稳定化(T-S)和稳定化-热脱附(S-T)工艺对Cd稳定化效率的影响。结果表明：S-T工艺浸出率(42.26%)低于T-S工艺(52.11%);由于Cd“活化”“固化”与稳定化作用,S-T工艺处置的土壤Cd弱酸提取态和残渣态比例分别是T-S工艺的0.75,1.4倍,形态更趋于稳定分布;电镜扫描(SEM)显示,S-T工艺比T-S工艺处置后土壤颗粒结晶更为显著,说明土壤Cd的稳定化效果更好。     

生物淋滤联合类Fenton反应去除污染土壤中重金属的效果

针对我国南方地区广泛存在的土壤重金属污染问题,以广东韶关铅锌矿周边污染农田土壤为研究对象,探讨利用生物淋滤方法与生物淋滤联合类Fenton反应对土壤Cu、Zn、Cd和Pb的去除效果,并采用序列化学提取(SEC)方法,分析不同处理对土壤中4种重金属形态分布的影响.结果表明,经12 d生物淋滤Cu、Zn、Cd和Pb的去除率分别达到66.5%、55.1%、72.8%和35.6%,其中无机结合态重金属去除效果最好,固相中剩余重金属主要以稳定的残渣态形式存在.2 d生物淋滤联合类Fenton反应在优化的H_2O_2浓度(5 g·L-1)下,对上述4种重金属的去除率分别为55.6%、50.6%、60.7%和30.5%,低于12 d生物淋滤处理,但显著高于H_2SO_4酸化、2 d生物淋滤、化学Fenton反应等对照处理.生物淋滤联合类Fenton反应可以实现原土壤中残渣态、有机结合态和无机结合态等较稳定态重金属的有效去除,使处理后土壤中4种重金属Cu、Zn、Cd和Pb的含量分别低于50、200、0.3和250 mg·kg~(-1)的标准限值.该方法兼具生物淋滤高去除效率和Fenton反应快速处理等优势,对于修复重金属Cu、Zn、Cd和Pb等复合污染的土壤具应用前景.     

生物炭负载纳米零价铁对污染土壤中铜钴镍铬的协同去除

合成了一种低成本、高效生物炭负载纳米零价铁的复合材料(ZVI-SM)并应用于铜、钴、镍、铬污染土壤的修复。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和金属吸附实验等方法,考察了不同碳化温度下制备的生物炭前驱体和生物炭复合材料对复合重金属污染修复的影响及去除作用机制。其中,吸附-还原后形成的FeCr₂O₄极大地降低了铬的毒性,同时提高了铜、钴、镍的去除率。Fe0的引入既提高了生物炭对重金属的吸附量,又解决了Cr(Ⅵ)毒性的问题;XPS的结果进一步阐明了生物炭可以作为电子传递介质,通过表面官能团得失电子与Fe0间形成强相互作用,增强了复合材料对多重金属离子的去除效果。除ZVI-SM500外,ZVI-SM100、300、400、700 4种材料对于铜、钴、镍、铬的去除率要远高于商用纳米Fe0和单纯的生物炭材料,表现为对铬和铜有较强的亲和力和反应性,均能在5 min内完全去除铜和铬,钴和镍也能在180 min内达到80%以上的去除率。在反应过程中存在显著的离子竞争效应:铬≥铜>钴>镍,这与金属离子的标准还原电位大小的趋势一致。土壤修复实验表明:ZNI-SM300用于污染土壤的修复,15 d后,Cr(Ⅵ)含量从480 mg/kg降至0.52 mg/kg,水溶态Cr总量从500 mg/kg降至1.2 mg/kg,两者的固定化效率均达到99%以上,并能达到完全去除水溶态的铜、钴、镍、Cr(Ⅵ)的效果。因此,以SM300为载体的纳米零价铁可作为复合重金属污染土壤修复的理想材料。     

铬污染土壤稳定化处理对蚯蚓的毒性效应

浸出毒性测试是评价重金属污染土壤稳定化处理效果的主要方法,但该方法不能准确反映稳定化处理后土壤的生物毒性变化.本研究以多硫化钙(CPS)稳定化处理的电镀厂铬(Cr)污染土壤为对象,以赤子爱胜蚓为指示生物,研究评估土壤稳定化处理的生物毒性效应.结果表明,在Cr污染土壤中,随着CPS投加量的增加,蚯蚓的毒性效应逐渐减弱随后增强.高浓度Cr污染土壤经过CPS稳定化处理后仍然具有明显的生物毒性,CPS与土壤中Cr(VI)投加比(物质的量比,下同)为3时土壤浸出毒性虽满足浸出标准,但对蚯蚓的7 d致死效应高达100%,且暴毒期间出现肉眼可见的外部形态变化,回避率为83.3%,在暴毒第5 d时蚯蚓体内总Cr含量为20.9 mg·kg~(-1).CPS对蚯蚓具有较强的生物毒性作用,在不含Cr污染的对照组土壤中,CPS投加量与稳定化处理Cr污染土壤中稳定化药剂投加比为5相同时,蚯蚓的7 d急性毒性致死率为100%.蚯蚓的致死率和外部形态变化可快速直观地反映重金属污染土壤的生物毒性,可为土壤稳定化处理的安全性与生物毒性评估提供参考依据.     

Stabilization treatment of contaminated soil: a field-scale application in Shanghai, China

Stabilization is one of the best demonstrated available technologies for treating toxic pollutants in soils and has been used worldwide but is rarely used for treatment of contaminated sites in China despite many bench-scale studies. Here, a field-scale application of stabilization treatment in Shanghai, China was summarized to demonstrate the whole engineering process and the key technical issues regarding stabilization of contaminated soil. A site contaminated with arsenic (As) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), formerly used as a lighting plant in Shanghai, was chosen as the demonstration site. Stabilizing measures were taken to treat the contaminated soil to reuse the site for residential purposes. The whole engineering remediation process consisted of phase I environmental site assessment (ESA) and phase II ESA, quantitative human health risk assessment, remediation alternatives evaluation, bench-scale testing, remedial design, engineering implementation, and post-remediation assessment. A third party conducted evaluation monitoring indicated desirable results were achieved via the stabilization treatment. In addition, some technical obstacles related to soil stabilization treatment were discussed, including soil quality evaluation, stabilization effectiveness validation, and soil reuse assessment.     

电动力学修复铜污染土壤的研究

采用电动力学方法修复重金属污染土壤。研究中采用高岭土模拟铜污染土壤,电化学装置的电压强度为0.5 V/cm,通过在阴阳极室加入不同的缓冲液来确定铜的迁移效果。结果表明在阴极室加入乙酸作为缓冲液可以有效提高铜的迁移效果,在阳极加入柠檬酸能够有效的与铜形成络合物达到更好的迁移效果。