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。     

3种典型多孔高温改性固废材料对磺胺二甲嘧啶的吸附特性

以畜禽粪便、农作物秸秆和采煤废弃物这3种典型多孔固体废料为原料,用低氧控温炭化法制成牛粪炭和秸秆炭以及用煅烧后的煤矸石炭对磺胺二甲嘧啶(SMZ)进行批处理吸附实验.通过吸附动力学和等温吸附平衡研究牛粪炭、秸秆炭和煤矸石炭对SMZ的吸附特性,并结合FE-SEM、 FT-IR、 Boehm滴定、 BET及Zeta电位滴定分析表征手段探讨了其吸附机制.结果表明, 3种炭材料对SMZ的吸附在24 h时基本达到平衡. 3种炭材料对SMZ的吸附动力学均符合准二级动力学方程,R~2在0.996 8～0.999 9之间,吸附速率随着炭材料表面有效吸附位点的减少而减小.吸附过程主要由膜扩散、颗粒内扩散和平衡阶段这3个步骤组成,颗粒内扩散和膜扩散共同控制吸附速率.等温吸附数据更符合Freundlich模型,R~2在0.987 4～0.999 7之间,主要为物理吸附,是自发的放热反应. 3种炭材料的最大吸附量依次为牛粪炭(19.64 mg·g~(-1))煤矸石炭(12.06 mg·g~(-1))秸秆炭(9.16 mg·g~(-1)).SMZ在3种炭材料上的吸附机制主要有:分子间的氢键作用、多分子层的表面静电吸附作用和孔隙填充等.其中,静电吸附为主要吸附机制.牛粪炭吸附性能最佳可能是由于其具有较为丰富的含氧官能团、较多的负电荷和较大的比表面积和孔容.     

芦竹水热炭的制备及重金属分离机制研究

以从重金属污染土壤收获的芦竹收获物为研究对象,采用水热炭化法制备水热炭,并研究其中重金属的分离机制。研究结果表明:反应温度、反应时间及液固比条件对芦竹水热炭化影响明显,在反应温度为250℃、反应时间为1 h和液固比为5∶1的条件下,芦竹水热炭产率为37.63%,热值为28.54 MJ/kg,能量产率为67.98%;水热炭化后芦竹中Cd和Pb集中分布在液相产物中,去除率分别在98%和99%以上。SEM分析表明,芦竹经水热炭化后有碳微球生成。元素分析和傅里叶红外分析进一步表明,Cd和Pb的高效分离与水热炭中—OH、C O和C—O等含氧官能团的减少密切相关。     

桑树(Morus alba L.)原位修复某尾矿区重金属污染土壤

木本植物具有根系发达、生物量大、适应性强等特点,可广泛用于重金属污染土壤修复.本文通过5年的田间修复试验,研究了桑树(Morus alba L.)对污染土壤中重金属的累积和分布特征、土壤中重金属和营养元素有效性含量的变化,来探讨桑树修复某尾矿区污染土壤中Mn、Zn和Cd等重金属的效果.研究结果表明,桑树生物量大,可用于重金属污染土壤的生态修复与景观恢复.田间种植5年后,桑树整株干重每株可达4 kg.桑树对土壤中重金属具有一定的转运和累积能力,地上部分中Cd、Zn和Mn等重金属含量明显大于根部,尤其是叶片中重金属含量明显大于枝和主干中的含量.修复5年后,桑树地上部分Zn和Mn的累积总量可达3277.7 mg·100 m~(-2)和2422.4 mg·100 m~(-2),且土壤中Mn和Zn含量分别从2192.5 mg·kg~(-1)和103.2 mg·kg~(-1)降低至1790.0 mg·kg~(-1)和85.94 mg·kg~(-1),同时土壤有效态Mn和Zn分别显著(P0.05)降低66.0%和28.6%.然而,桑树落叶中Cd、Zn和Mn含量分别可达0.36、64.5、189.2 mg·kg~(-1).因此,通过定期清除桑树落叶或刈割地上部分,可防止叶片中重金属对土壤造成二次污染,同时削减土壤中重金属含量.同时,经桑树修复5年后土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量均显著(P0.05)降低,需定期补充相应氮、磷和钾肥来强化桑树修复尾矿区重金属污染土壤.     

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。