土壤电阻加热技术原位修复有机污染土壤的关键问题与展望

为解决我国近年来重污染企业搬迁遗留的有机污染土壤问题,土壤电阻加热修复技术(electrical resistance heating,ERH)等热处置技术日益受到重视。ERH是目前修复挥发性、半挥发性有机污染土壤最具有潜力的原位热修复技术之一,其污染物去除率及土壤性质变化是用以评估该土壤修复技术的核心指标。在查阅文献的基础上,系统分析了热处置及电阻加热技术相关原理与适用范围,并对ERH处置过程中土壤性质可能发生的变化进行了深入讨论,以期为我国有机污染土壤原位热修复技术的推广和应用提供参考。     

电阻加热条件优化及其对污染土壤中苯并(a)芘的去除

电阻加热(electrical resistance heating, ERH)是处置挥发性、半挥发性有机污染土壤极具应用潜力的技术之一。基于实验室模拟电阻加热和热传导加热(thermal conductive heating, TCH)小试装置,研究了土壤电阻加热的优选条件及其对土壤中苯并(a)芘(benzo(a)pyrene,BaP)去除率的影响以及土壤中BaP在电阻加热和热传导加热过程中的热脱附动力学。结果表明：土壤水分、盐分、电场强度显著影响土壤ERH升温速率与最高加热温度;在ERH最优条件为8 V·cm⁻¹的电场强度下,添加6 mL的0.1% NaCl溶液,每30 min须补水6 mL,最终BaP去除率为51.56%;在ERH过程中温度变化与电流变化基本同步,土壤水分和持温时间是去除土壤中BaP的重要影响因素;BaP在土壤中去除过程符合抛物线扩散模型,说明BaP在土壤中的去除以微孔扩散为主,去除率受加热时间影响大。本实验结果可为电阻加热技术修复BaP污染土壤提供参考。     

响应曲面优化烃类污染土壤热强化SVE修复工艺

采用热强化土壤气相抽提技术,优化影响烃类污染土壤处理效率的参数。在单因素实验的基础上,以通气速率、土量、水蒸气浓度为考察因素,以尾气中HC浓度达到750 mg·m-3时的脱附时间为评价指标,采用Design-Expert响应曲面法,考察各影响因素的单独变量作用及交互作用对土壤中烃类组分去除速率的影响,建立二次多项式模型。单因素变量、通气速率与土量的交互项均对烃类污染物的去除速率有显著影响。模型优化结果显示,热强化SVE处理污染土壤的最佳工艺为通气速率81 mL·min-1、土量77 mL、水蒸气浓度14%,模型预测最短脱附时间213.58 min,实验验证结果的平均值是224 min,测定值与预测值之间相对误差为4.88%。     

基于碳数分段法的石油烃污染土壤异位热脱附工艺的优化

针对石油烃污染土壤成分复杂、污染严重、修复难度高的问题,采用适用性广、效率高且去除彻底的异位热脱附技术修复石油烃污染土壤。利用碳数分段法及室内模拟实验,探究在热脱附过程中的土壤粒径、含水率和有机质对石油烃及各组分热解吸效率的影响;另外,还采用响应面法对各影响因素进行了优化,以获得异位热脱附修复石油烃污染土壤的最优工艺参数。结果表明,当污染土壤粒径高于1 mm时,石油烃脱附效率均可达90%以上,且粒径越大土壤颗粒中石油烃去除率越高。其中,润滑油段(ORO, C28~C40)组分的脱附效率随粒径变化最为明显。当土壤含水率为15%、脱附时间为50 min时,石油烃脱附效率最大为52.63%。另外,土壤中有机质含量越低,越利于石油烃的脱除,且高温(400~500 ℃)条件下可基本消除土壤中高含量有机质(3.82%)对石油烃脱除的阻碍作用。响应面优化实验得到的最佳工艺参数条件为,粒径2 mm、有机质含量1.44%、含水率为17.68%,在此条件下的石油烃脱附去除效率可达65.32%。该研究结果可为热脱附技术在石油烃污染场地的实际应用提供参考。     

水中佳乐麝香的固相微萃取-气质联机测定方法

采用聚二甲基硅氧烷膜厚100μm的纤维萃取设备,阐述了测定水中HHCB的固相微萃取-气质联机的检测方法。研究发现,对于水中的HHCB来说,温度控制在35℃,萃取时间为40 min,pH值为7.0,可实现HHCB的有效萃取,水中的离子对萃取效率的干扰较小。使用该方法测得上海龙华污水厂原水中HHCB浓度为286 ng/L,虹口区泗塘河水中HHCB浓度低于检测下限。     

热脱附技术在修复石油烃污染土壤中的应用研究

采用热脱附技术处理实际石油烃污染土壤,考察影响热脱附效率的影响因素,并结合工程实际,初步确定热脱附技术的最优工艺参数.实验结果表明,热脱附技术可有效修复石油烃污染土壤,其中加热温度、停留时间是影响修复效果的关键因素.相同热脱附条件下,石油烃组分相对分子质量越大,饱和蒸气压越低,与土壤有机质结合能力越强,越不易脱附.当加...     

绝缘油污染土壤微波热脱附的影响因素

为探究绝缘油污染土壤微波热脱附的影响条件,考察了温度、停留时间、土壤含水率、污染物初始浓度和微波功率对土壤中绝缘油去除效果的影响.结果表明,温度和停留时间显著影响土壤中绝缘油的去除率,在400℃、微波处理时间5 min的条件下,土壤中绝缘油的去除率为98.6％.当土壤含水率为5％时,土壤中绝缘油的去除率达到最佳.在微波...     

基于COMSOL模拟的有机污染土壤ERH修复工艺优化

利用电阻加热(ERH)和土壤气相提取(SVE)耦合技术,针对有机污染土壤,采用COMSOL软件模拟方法对场地加热电极的布置进行优化,以温度为探针,对比物理场种类、电极间距、电极的边界距离、电极个数、耦合物理场边界等因素对土壤温度的影响.结果 表明,在固体传热和电磁热的耦合场下的加热效果比单独物理场更好,40 d后温度可...     

油基岩屑热脱附处理工艺参数优化

为了探究热脱附装置降低能耗的方法,对新疆油田某井油基岩屑热脱附处理工艺参数进行了研究。结果表明：在残渣的含油率≤2%的标准下,当加热温度、停留时间、油基岩屑固相含量这3个关键因素变量分别为350~550 ℃、35~55 min、60%~90%时,油基岩屑热脱附处理后残渣的含油率能达到标准要求;在以上条件下,以能耗为考核指标,通过响应曲面法研究发现,单因素变量的交互项均对能耗影响显著;将加热温度由550 ℃降低至430 ℃时,停留时间由45 min降至40 min,能耗可节约17.47%,残渣的含油率<0.3%;通过调整热脱附工艺参数,可在油基岩屑热脱附处理后残渣的含油率达标的基础上,实现节能降耗。上述研究结果可为合理设置油基岩屑热脱附装置的运行工艺参数提供参考。     

超声强化EDDS/EGTA淋洗修复重金属污染土壤

采用响应面法中的Box-Behnken实验设计,研究了超声强化N,N'-乙二胺二琥珀酸(EDDS)和乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)复合淋洗对土壤中Cu、Zn、Pb 和Cd 等4种重金属的去除效果,拟合了各重金属去除率、潜在生态风险指数削减率与EDDS投加量、EGTA投加量、超声功率和初始pH等淋洗条件之间的关系,模拟值与观测值相关性高,模拟精度较高。EGTA在较广pH范围对高生理毒性的Cd具有较强的洗脱效果,酸性条件下可有效洗脱Zn;Cu去除率在酸性条件下随着EDDS投加量的增加而显著提高,Pb去除率则在碱性条件随着EDDS投加量的增加而显著提高。基于模型优化结果的验证实验显示,当EDDS/重金属摩尔质量比为0.81、EGTA/重金属摩尔质量比为3.92、超声功率为569.85 W、pH为3.95时,潜在生态风险指数削减率最大,达到86.05%,Cu、Zn、Pb和Cd去除率分别为72.48%、62.40%、59.25%和87.45%,与模型拟合结果偏差较小,表明模型具有较好的拟合和预测能力。     

原位电阻热脱附修复氯代烃污染土壤

针对原位电阻热脱附(ISERH)技术基础性研究不足、缺乏小试设备研发等问题,利用自主研发ISERH设备,以1,2-二氯乙烷和氯苯为目标污染物,探究了ISERH过程中土壤温度变化及设定温度、加热时间、污染物种类、老化时间对污染物热脱附效果的影响.结果表明,在热脱附过程中氯代烃污染土壤的主要阴离子SO42-和Cl-含量分别...     

响应面法优化光催化/臭氧氧化深度处理炼油废水

利用响应面方法(RSM)对光催化/臭氧氧化深度处理炼油废水工艺进行优化,考察了臭氧通量、光催化剂投加量、初始pH和反应时间对于处理效果的影响,提出采用该工艺的数学模型及优化后的工艺参数。结果表明,各影响因子对COD去除率影响顺序为反应时间>光催化剂投加量>初始pH>臭氧通量,方程的F值为11.54,相关系数为0.9537,调整相关系数为0.915,说明数学模型可以较好地模拟真实的反应曲面。优化得到最佳的工艺参数:臭氧通量1.05 L/min、光催化剂投加量0.33 g/L、初始pH 7.51、反应时间96.95 min,在该条件下,对COD去除率为97.88%,与预测值99.49%接近。采用95%处理水和5%新鲜水混合,水质达到了循环冷凝水的补充水水质指标要求。     

交联羧甲基玉米淀粉对水溶液中铅离子吸附性能的优化研究

以玉米淀粉为原料,采用先醚化后交联改性工艺合成了交联羧甲基玉米淀粉吸附剂。在单因素试验的基础上,采用Box-Benhnken的中心组合试验设计及响应面分析法,研究了交联羧甲基玉米淀粉吸附剂用量、吸附时间和pH值3因素对水溶液中铅离子吸附效果的影响,得出了吸附剂对铅离子吸附效果的回归模型。结果表明,最佳吸附工艺参数为吸附剂用量0.22 g,pH值为6.6,吸附时间32.9 min,交联羧甲基玉米淀粉对铅离子吸附容量可达44.72 mg/g,铅离子去除率达到98.38%。常温下吸附动力学模型符合Freundlich等温式Q=0.4152C^0.9894。采用0.9 mol/L盐酸溶液作为解析液,铅离子回收率可达97.55%。     

响应面法优化超临界水氧化处理农药废水

在间歇式超临界水氧化系统中对草甘膦农药废水进行降解实验。选取温度、反应时间、过氧量3个量为因素量,总有机碳(TOC)去除率为响应量进行中心组合设计（CCD）。在实验的基础上,利用响应面分析法（RSM）对实验结果进行分析及参数优化：建立了TOC去除率与各个因素关系的二次多项式数学模型;分析了各个因素单独的及相互作用对TOC去除率的影响;优化结果表明,在温度483℃、反应时间29.2 min、过氧量148.4%的条件下,达到了最佳效果,此时TOC的去除率为100%。     

响应面方法优化Fenton试剂处理甲萘酚废水

利用响应面方法(RSM)对Fenton试剂处理甲萘酚废水工艺过程进行优化,考察了Fe2+浓度、H2O2 浓度和初始pH 3种工艺条件对甲萘酚废水处理效果的影响,并提出Fenton试剂降解甲萘酚废水的数学模型及优化后的工艺参数。Fenton试剂降解甲萘酚废水的数学模型可以较好地模拟真实的曲面,方程的F值为24.90,相关系数(R2)为0.9573,调整相关系数(Radj2)为0.9188。通过优化得到最佳的工艺参数Fe2+浓度为0.89 g/L,H2O2浓度为0.79 g/L,pH为4.00。在此条件下,COD去除率的预测值为91.15%,与实测值90.78%接近。说明建立的模型能真实地反映各主要因素的影响,模型与实际情况吻合。