新疆不同质地土壤对石油类污染物的吸附作用

石油类污染物的迁移转化研究对环境保护及人体健康均有重要意义。由于石油类污染物在不同质地土壤中的吸附行为不同,采用静态吸附实验方法,研究了新疆甘泉堡工业区3种质地土壤(粉土、粉砂、粉质黏土)对石油烃的吸附动力学及吸附热力学行为,进行了吸附动力学和等温吸附拟合,并分析了土壤粒径、有机质含量、pH值及以含盐量对石油烃吸附量的影响。结果表明:粉土、粉砂、粉质黏土对石油烃的吸附均能在240 min达到吸附平衡,平衡吸附量分别为0.7765,0.6763,0.7173 mg/g;吸附能力顺序为粉土>粉质黏土>粉砂,准二级动力学模型(R2=0.9967~0.9989)能够更加准确地描述石油烃在土壤中的吸附过程;等温线为Langmuir型,其吸附平衡常数(K_a)分别为0.6126(粉土)、3.1310(粉砂)和0.1180(粉质黏土),表明石油烃在不同质地土壤中的吸附为单分子层吸附;土壤对石油烃的吸附量随土壤粒径和pH值的减小、有机质含量和含盐量的增加而逐渐增大。     

水稻土团聚体Cu2+吸附过程中铝的溶出及土壤溶液pH变化

采用低能量超声波分散和冷冻机干燥法提取太湖地区水稻土(黄泥土)不同粒径团聚体颗粒,用平衡吸附法研究团聚体对重金属Cu2+吸附过程中铝的溶出及土壤溶液pH变化,以及不同pH的Cu2+溶液中铝的溶出量的变化.结果表明,团聚体对Cu2+的吸附过程,发生铝的溶出和土壤溶液pH下降,溶出量和pH下降幅度随Cu2+吸附量增加而增加,相同条件下铝溶出量和pH下降幅度大小顺序为:粗粉砂级>粉砂级>砂粒级>黏粒级,与氧化铁和有机质含量大小顺序相反.Cu2+溶液pH下降,铝的溶出量增加显著.氧化铁和有机质对Cu2+吸附过程铝的溶出和土壤溶液pH下降具有一定的抑制和缓冲作用.     

基于Visual MODFLOW的垃圾填埋场阻隔墙设计及效果评估

为了探究阻隔墙在地下水污染场地中的应用效果,以四川省某城市垃圾填埋场为例,选取Cd2+为污染物,通过对水文地质条件的调查,设计了特定条件下阻隔墙的结构、位置以及规模。通过解析法计算了阻隔墙的服役年限,并采用MODFLOW和MT3D模块模拟了设置阻隔墙前后地下水中Cd2+污染羽的分布,分析了阻隔墙对地下水中Cd2+的阻隔效果。结果表明:该阻隔墙为漏斗导水门式垂直阻隔墙。在设置厚度为1 m,选取GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类标准作为击穿标准时,阻隔墙的服役年限为12.51年。在污染场中,阻隔墙会吸附地下水中的Cd2+,并减弱阻隔墙上下游间的水力联系,进而实现对地下水中Cd2+的有效阻隔。     

不同岩性对氨氮吸附影响的实验研究

用粉砂、粉质粘土、粉土为材料,研究不同岩性对垃圾填埋场渗滤液中NH4 -N的吸附作用.同时对粉砂、粉质粘土、粉土吸附NH4 -N的机理进行了初步探讨.实验结果表明,三种岩性吸附N出-N的等温吸附曲线均符合Langmuir模式,且最大吸附量分别为粉砂1.653mg/g,粉质粘土1.735 mg/g,粉土0.358mg/g.不同岩性吸附NH4 -N的能力差异较大,三种岩性的吸附顺序为:粉质粘土＞粉砂＞粉土.说明粉砂和粉质粘土的防污能力较粉土强.     

黄壤表面电场作用下Cu~(2+)与Zn~(2+)的吸附/解吸动力学研究

利用静态恒流法研究了黄壤表面电场作用下Cu2+与Zn2+的吸附/解吸动力学.结果发现:考虑黄壤表面电场作用下,Cu2+和Zn2+的吸附实验呈现初期强吸附作用下的零级动力学过程和一定时间之后弱吸附作用下的一级动力学过程,与理论预期一致;在Cu2+和Zn2+的解吸实验中,只有前期出现了弱吸附作用下的一级动力学过程,实验结果与理论预期存在差别,原因在于专性吸附的Cu2+、Zn2+很难被解吸下来;在交换/吸附实验中,Cu2+的吸附速率值和平衡吸附量均大于Zn2+,且Cu2+-K+体系的表面电化学参数φ0、σ0、E0均大于Zn2+-K+体系中的对应值,证明了黄壤颗粒表面对Cu2+的吸附作用强于Zn2+;在交换/解吸实验中,Zn2+的解吸速率值和平衡解吸量均大于Cu2+,Zn2+-K+体系的表面电化学参数φ0、σ0、E0均大于Cu2+-K+体系中的对应值,证明Zn2+-K+体系中Zn2+的解吸作用比Cu2+-K+体系中的Cu2+解吸作用强.     

Lindet ypeF(K)沸石对Zn~(2+)的吸附研究

利用粉煤灰合成Linde type F(K)沸石吸附重金属Zn2+,考察吸附剂量、pH值、反应温度对Zn 2+吸附效果影响,研究沸石吸附Zn2+的等温线与动力学,得到了相应的模型。结果表明:吸附剂量、pH值、反应温度均对Zn2+去除效果影响显著。随着吸附剂量增大,Zn 2+去除效果不断提高,饱和吸附量逐渐减小。初始pH值为3~7时,沸石对Zn2+去除率随pH值升高迅速提高。反应温度越高,沸石吸附Zn2+到达平衡时间越短。沸石对Zn2+吸附过程符合Langmuir吸附等温式,其吸附为单分子层吸附;准二级反应动力学方程能很好描述沸石对Zn2+的吸附行为。     

重金属在松花江沉积物中的竞争吸附行为及pH的影响

研究了复合污染的重金属体系(多元体系)中松花江沉积物吸附Hg2+,Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的热力学和动力学特征,以及pH对重金属吸附量的影响. 结果表明:Langmuir吸附等温线可以很好地描述多元体系中沉积物吸附重金属的热力学过程,沉积物吸附5种重金属离子能力的顺序为Hg2+>Cu2+>Pb2+>>Zn2+> Cd2+. 在相同的条件下,与单一体系相比,多元体系中Pb2+,Zn2+和Cd2+吸附量减小的程度远远大于Hg2+和Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的吸附量分别减少了31.9%,32.1%和68.1%. 一级动力学方程和Langmuir动力学方程可以较好地描述沉积物吸附Hg2+,Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的动力学过程. 沉积物对5种重金属的吸附速率为Cd2+>Zn2+>Pb2+>Cu2+>Hg2+. 沉积物对Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的吸附能力随pH的降低而减小,pH的降低造成锰氧化物的溶解,可能在一定程度上影响沉积物对重金属的吸附能力.      

铬渣堆周边土壤对Cr(Ⅵ)的吸附动力学和热力学研究

结合天津某铬渣堆周边地区的污染情况和地质状况,选取该区域有代表性的3种土壤(黏土、粉质黏土、粉土)作为研究对象,研究了其对Cr(Ⅵ)的吸附动力学和热力学。结果表明:3种土壤对Cr(Ⅵ)的吸附在120 min时达到吸附平衡,符合拟二级动力学方程,相关系数达到0.99以上,吸附等温模型符合Freundlich模型,且吸附能力由大到小的顺序依次为黏土、粉质黏土、粉土。土壤对Cr(Ⅵ)的吸附量随温度的升高而增加。土壤的吸附自由能△G~θ0、吸附焓变△H~θ0,表明Cr(Ⅵ)在土壤中的吸附是自发的吸热过程;吸附熵变△S~θ0,表明吸附是焓推动作用;△G~θ在-0.020 7~-1.352 2 k J/mol间,说明土壤对Cr(Ⅵ)的吸附以物理吸附为主、物理吸附和化学吸附共存的吸附过程。     

市政污泥生物碳对重金属的吸附特性

采用市政污泥在300℃缺氧条件下制得污泥生物碳,研究了污泥生物碳添加量、溶液pH及吸附反应时间对溶液中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附效果的影响,并分析了各因素影响机制及污泥生物碳对重金属的吸附机理. 结果表明,污泥生物碳对溶液中重金属的去除率与重金属水合离子半径呈负相关,随着污泥生物碳添加量的增加,溶液中重金属的去除率不断增加,但单位吸附量总体上呈下降趋势. 重金属吸附量随溶液pH的增加而增大,当溶液初始pH为6.00时,污泥生物碳对溶液中Pb2+、Cu2+和Zn2+的吸附量最大,分别达42.941、25.769和12.484mg/g. 伪二级动力学方程可有效描述溶液中重金属离子在生物碳上的吸附过程,重金属在污泥生物碳表面的吸附主要受化学反应控制,Pb2+、Cu2+和Zn2+的平衡吸附量分别为39.747、6.849和10.004mg/g,达到吸附平衡的时间为Pb2+＞Zn2+＞Cu2+.      

活性炭-土-膨润土复合材料阻隔性能研究

以粉质粘土(SC)作为母土,通过柔性壁渗透试验和静平衡吸附试验分别研究了不同配比的土-膨润土(SB)及活性炭-土-膨润土(ASB)在不同渗滤液工况下的渗透性能及吸附性能。结果表明,将Pb(NO₃)₂溶液作为渗液,单元体渗透性能随Pb²⁺浓度增大而逐渐增强,且渗液浓度相同时SB渗透系数随膨润土掺量增加呈大幅降低后趋于平稳趋势。膨润土和活性炭的掺入可有效增强材料的吸附性能,随渗液浓度的增加,SC、SB及ASB对Pb²⁺的吸附容量变大,且ASB较SC及SB吸附容量差值逐渐变大。综合防渗及地下水质量标准提出了满足修复重金属污染场地阻隔材料的基准配比,研究结果可为重金属污染场地的修复与治理提供参考。     

垃圾渗滤液污染场地的重金属污染再释放研究

选用粉砂、粘土和土壤为材料,通过3个系列的静态实验研究了三种岩性的垃圾渗滤液污染场地中6种重金属污染再释放能力的时间变化趋势。实验结果表明,随着反应时间的延长,在模拟三种岩性的垃圾渗滤液污染场地中Cr、Cu、Mn、Ni、Zn的直接污染能力和污染再释放能力均有不同程度的增大,而Pb则不明显。其中,Cu和Mn在粉砂、粘土、土壤中的直接污染能力分别比背景值增大了4.8倍、2.3倍、3.1倍和24.8倍、22.9倍和2.5倍。Ni在粉砂中的直接污染能力比背景值增大了11倍。Zn在粉砂和粘土中的直接污染能力和污染再释放能力分别比背景值增大了1.4倍、1.7倍和1.4倍、1.5倍;Cu在三种介质中的污染再释放能力:土壤>>粉砂和粘土。Cu、Mn和Ni在三种介质中的直接污染能力:粉砂>>粘土和土壤。     

某典型污染场地土壤中氯代烃类污染的空间分布与污染成因

针对氯代烃类污染物在天津海陆交互相沉积成因第四系中的空间分布与成因研究,选取了生产历史长达19年的某农药原料提纯污染场地,通过地质勘察、监测采样与测试分析等手段查明了该场地土壤中氯代烃类污染的空间分布与污染成因。结果表明:该场地内超标的氯代烃类包括三氯甲烷、1,1-二氯乙烷、1,2-二氯乙烷、四氯化碳、氯乙烯,污染分别以西部车间、中部车间、北部化工库、东部办公室、中部车间与东部仓库之间位置为中心向四周展开运移,污染物含量整体上先随深度增加逐渐升高至峰值,后随深度增加而大幅降低,含量峰值主要积聚于陆相层粉质黏土④₂层的中部及底部,以及海相层粉质黏土⑥₁层或粉土⑥₃层的上部,表明粉质黏土④₂层与粉质黏土⑥₁层在一定程度上有效阻滞了污染运移,这与其黏粒粉粒含量高、砂粒含量低和渗透性差等特性有关。     

垃圾防渗粘性土对多环芳烃菲(PHEs)的吸附作用研究

研究了持久性有机污染物多环芳烃菲(PHEs)在垃圾防渗粘性土中的吸附机理规律及其吸附模型,探讨了pH值及土样颗粒等影响因素对吸附效果的作用机制,提出了垃圾填埋场防渗粘性土的优化设计。结果表明:菲在粘性土中的吸附过程包括4个阶段,达到吸附平衡的时间为9h;吸附等温线符合Freundlich模型,相关系数为0.98,属于非线性等温吸附;菲的水-土分配系数Kd为0.01,有机碳和水之间的分配系数为14.29;当pH值7.42时,土样对菲的吸附量随pH值的增大而迅速增大;pH值7.42的酸性环境中,对菲的吸附量也变大,但是随着酸性的加强,当pH值6.74之后,吸附能力不再有明显变化;菲的最大吸附量与土体的粘粒含量、比表面积呈正比,由大到小顺序为粘性土粉质粘土细砂。     

黑土不同粒径有机-矿质复合体对镉的吸附特性

采用振荡平衡法研究了黑土不同粒级有机-矿质复合体对Cd2+的吸附等温过程和吸附动力学过程,并采用常见数值模型进行了拟合. 结果表明,原土及各粒级复合体对Cd2+的吸附量随平衡液中ρ(Cd2+)的增加而增加. 各粒级组分对Cd2+的吸附量表现为黏粒＞粉粒＞原土＞粗砂＞细砂. Langmuir和Freundlich方程对Cd2+的等温吸附过程均有较好的拟合效果,线性方程拟合效果较差. 最大吸附量与吸附作用强度均呈随粒径增大而减小的趋势. 对影响最大吸附量和吸附作用强度的因子进行回归分析表明,w(有机质)、CEC(阳离子交换量)和比表面积的影响较大,其中w(有机质)是最主要因素,CEC和比表面积的影响次之. 各粒级复合体对土壤吸附Cd2+的贡献率为粉粒＞细砂＞黏粒＞粗砂,99%的Cd2+吸附在＜200 μm的组分上. 不同粒级组分对Cd2+的吸附动力学过程可分为0~20 min的快速反应阶段（吸附量均达到饱和吸附量的90%以上）和慢速反应阶段. 各组分对Cd2+的吸附符合二级动力学过程,表明吸附过程以化学吸附为主,并且吸附速率随颗粒粒径的增大而减小.      

热强化气相抽提对不同质地土壤中苯去除的影响

研究应用电阻加热强化气相抽提技术对砂土、壤土和黏土中苯去除效果的影响及作用机制.与常规抽提结果相比,在热强化处理作用下气相抽提对砂土和壤土中苯的去除效率提高了13.1%和12.3%,处理时间分别降低75%和14%.热强化处理使得黏土含水率下降,土壤渗透率升高,黏土颗粒表面羧基和乙基的吸收峰消失,有机质含量减少,苯的去除效率与对照相比提高了34%.对于砂土和壤土,热强化主要是通过促进苯在土体中扩散来提高去除效率,从而实现在较短时间内污染物质的大量去除;而对于黏土则是通过降低土壤颗粒表面有机基团的含量,从而降低污染物和土壤颗粒的吸附能力,并通过降低含水率和升高渗透率从而提高土壤中气体的扩散性能,以达到增强气相抽提效果的目的.     

采用离石黄土原位修复煤矸石渗滤液污染地下水

为以较好的技术手段和较低的经济成本治理煤矸石淋滤液、矿坑废水对地下水的污染,通过土柱淋滤试验、PRB (permeable reactive barrier)模拟试验以及场地修复试验,对煤矸石淋滤液中重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)及As的吸附性进行了研究. 土柱淋滤试验结果表明:离石黄土(粒径0.05~0.10mm)、亚砂土(粒径0.05~0.10mm)和细沙(粒径>0.10~0.25mm)对煤矸石淋滤液中的重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)及As的吸附能力为离石黄土>亚砂土>细沙,其中离石黄土对As的分配系数为2.26L/kg.模拟槽试验表明,在地下水流速为0.20m/d、m(煤矸石):m(离石黄土)分别为5和7的情况下,淋滤液中的As能够全部被黄土墙吸附;m(煤矸石):m(离石黄土)为10时,部分As透过黄土墙向下游迁移. 5个月的场地修复试验表明,利用离石黄土作为PRB的吸附材料能够较好地去除地下水中的重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)和As,厚约0.5m的离石黄土墙对被煤矸石淋滤液污染的地下水中Cr的去除率最高,达到70.97%,对Pb的去除率最低,为43.14%.      

加油站泄漏污染物的迁移分布规律

选择某废弃加油站场地为研究对象,通过采集分析土壤和地下水样品中的铅（Pb）、总石油烃（TPH）、多环芳烃（PAHs）、苯系物（BTEX）、甲基叔丁基醚（MTBE）,分析了污染物在该区域地下环境中的迁移和分布特征.测试结果表明：场地包气带和含水层介质岩性以砂质粉土、粘质粉土和粉质粘土为主,土壤样品中总石油烃（C < 16）和苯均存在超标现象;垂向污染物高浓度值多出现在地下水面附近,其中上层滞水区总石油烃和苯大面积超标,潜水中总石油烃（C < 16）、苯及MTBE超标,承压水尚未被污染.在分析目前石油类污染场地修复技术的基础上,结合场地的实际条件,建议土壤和地下水的修复主要采用异位修复技术.     

浅埋深黏土包气带氮迁移转化原位实验研究

通过原位实验,对浅埋深黏土包气带中氮的迁移转化开展研究.结果表明,实测地下水埋深介于145.9~173.6cm,地下水毛细上升高度计算值可达297.0cm,土壤含水率除表层外介于0.30~0.45cm³/cm³;NH₄⁺-N和NO₃^--N在地面以下155cm含量最高为1.43,23.00mg/kg,超出背景值1.13,21.05mg/kg;包气带含水率近饱和条件下,粘土对氮污染物迁移阻滞作用减弱,NH₄⁺-N和NO₃^--N在1d内自地表迁移至155cm.浅埋深地下水减弱了黏土对氮污染物运移的阻滞作用.浅埋深地下水减弱了黏土对氮污染物运移的阻滞作用.     

不同设障年限沙丘土壤粒径和有机碳分布特征

为探讨沙柳沙障对毛乌素沙地土壤粒径和SOC(土壤有机碳)的影响,选取流动沙丘、设障2和7 a的半固定和固定沙丘为研究对象,利用多重分形理论分析不同设障年限沙丘PSD(土壤粒径分布)(以φ计)和w(SOC)的分布特征. 结果表明:设置沙障后,φ(黏粒)、φ(粉粒)与φ(极细砂)增加,φ(细砂)与φ(中砂)下降;土壤粒径的多重分形参数D₁/D₀(D₁为PSD均匀性程度,D₀为PSD宽度)和~f()谱图可以反映沙丘土壤PSD的宽度与均匀性程度,随着设障年限延长,PSD的D₁/D₀均小于流动沙丘,土壤中细粒物质显著增多. D₀表现为设障7 a沙丘(1.01)>流动沙丘(1.00)>设障2 a沙丘(0.93),D₁表现为流动沙丘(0.91)>设障2 a沙丘(0.88)>设障7 a沙丘(0.65). w(SOC)随着设障年限的延长而显著增加,设障7 a沙丘与其他2类沙丘间w(SOC)差异显著;多重分形参数可以表征土壤养分状况与流沙防治状况,设障沙丘上部、下部的w(SOC)与PSD的D₁/D₀之间有明显的相关关系,设障沙丘上部、下部D₁/D₀间呈明显负相关,设障沙丘中部D₁/D₀之间则呈正相关,流动沙丘各部位w(SOC)与D₁/D₀间无显著相关关系.