电动修复技术机理及去除污泥和尾砂中重金属的研究

论文摘要

土壤重金属污染是国内亟待解决的环境问题。土壤污染具有累积性、滞后性、隐蔽性和不可逆性,因此,土壤污染一般极难恢复或治理。本研究在国内外研究的基础上,结合国内实际对电复技术进行了研究和探讨。电动修复技术是国际环境科学和工程领域的前沿课题之一。它的基本机理是:土壤中的水在电场力的作用下发生电解反应,阴极产生氢气和氢氧根离子,阳极产生氧气和氢离子,阳极产生的氢离子在电场和浓度梯度的作用下,向土壤内部迁移和扩散,氢离子在迁移和扩散的过程中,置换和溶解土壤中的重金属污染物,被溶解后的重金属污染物在电场和浓度梯度的作用下,以离子迁移和电渗的方式朝阴极方向定向迁移,从而达到去除土壤污染物的目的。本文在国内外电动修复技术研究的基础上,首先探讨了电修复对红壤的适应性分析,结果表明:电动力修复技术适用于铅污染红壤,但是必须对修复技术进行改进才能用于该土壤修复;阴极酸化法能有效的提高修复效率、降低修复成本和缩短修复周期;土壤pH值是影响电动力修复效果的关键因素,土壤pH值不但可以影响土壤中重金属的存在形态还可以通过影响土壤的电导率,土壤的温度和改变土壤的含水率来影响土壤中可以迁移的重金属含量。其次,探讨了电流密度对电修复的影响,对于红壤来说,10A/m2是相对较适合的电流密度。在前面研究的基础上,探讨和改进了电修复技术处理污泥中重金属。实验I表明,污泥在电动力的作用下,经过5d后,Cd、Zn、Cu的总去除率分别为64.50%、65.02%;易于被植物吸收的不稳定态（可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态）的处理效果明显,不稳定态的去除率分别68.60%、75.73%。电动力修复技术处理污泥中的重金属是可行的,修复后的污泥有利于土地利用。实验Ⅱ结果表明,污泥pH值是影响电动力修复效果的关键因素,污泥pH值不但可以影响污泥中重金属的存在形态还可以通过影响污泥的电导率、污泥的温度和改变污泥的含水率来影响污泥中可以迁移的重金属含量。降低污泥pH值能有效的提高修复效率、降低修复成本和缩短修复周期。实验Ⅲ分析了硫杆菌对电动力去除污泥中重金属的影响机理。硫杆菌处理后的污泥,pH值降低,部分重金属从稳定态转化为可溶态。经硫杆菌预处理后的泥样和未经预处理的泥样,在同样条件下用电动力处理,处理结果为:预处理后Cd的去除率从61.85%上升到72.54%,Cu从34.26%上升到63.51%,Zn从65.06%上升到71.22%。预处理对Cu的影响比Cd、Zn大得多。用电动力处理Cu超标污泥中重金属时,将污泥先用硫杆菌预处理,可有效地提高其去除效果,处理后的污泥有利于农用。本研究在前面的基础上,以铅锌选矿尾砂为样品,分别用电修复技术、阴极酸化技术和生物淋滤-电修复联合基础处理样品,探索电修复技术在处理污泥中重金属的应用前景。结果表明:直接用电修复处理尾砂时,铜、铅、锌3者的处理效率为别为75.8%、37.8%和几乎无效果;应用中间循环冲洗技术处理尾砂时,铜、铅、锌3者的处理效率为别为81.4%、48.58%和36.3%;应用生物淋滤-中间循环冲洗—电修复连用技术时,效果最佳,铜、铅、锌3者的处理效率为别为82.8%、56.1%和47.5%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 土壤中重金属的来源
• 1.1.1 大气中重金属的沉降
• 1.1.2 农药、化肥和塑料薄膜的使用
• 1.1.3 污泥施肥
• 1.1.4 污水灌溉
• 1.1.5 含有重金属的废物的堆积
• 1.2 重金属污染物在土壤中的分布形态以及迁移和转化
• 1.2.1 重金属污染物在土壤中的形态
• 1.2.2 重金属在土壤中的迁移和转化
• 1.3 土壤重金属污染的特点
• 1.3.1 普遍性
• 1.3.2 隐蔽性和滞后性
• 1.3.3 累积性与地域性
• 1.3.4 不可逆转性
• 1.3.5 治理难而且周期长
• 1.4 土壤重金属污染的危害
• 1.4.1 导致严重经济损失
• 1.4.2 导致食物品质不断下降
• 1.4.3 危害人体健康
• 1.4.4 影响人类可持续发展
• 1.4.5 导致其它环境问题
• 1.5 我国土壤重金属污染的现状
• 1.6 重金属污染土壤的修复技术
• 1.6.1 物理修复
• 1.6.2 化学修复
• 1.6.3 微生物修复
• 1.6.4 植物修复
• 1.6.5 动物修复
• 1.6.6 小结
• 1.7 土壤电动修复技术研究进展
• 1.7.1 基本原理
• 1.7.2 影响因素
• 1.7.3 应用范围
• 1.7.4 改进技术研究
• 1.7.5 应用技术
• 1.7.6 重金属污染物迁移转化的热力学概念模型
• 1.7.7 研究展望
• 第2章 论文研究内容、分析方法和技术路线
• 2.1 论文研究内容
• 2.2 分析方法
• 2.2.1 土壤含水率
• 2.2.2 土壤pH
• 2.2.3 土壤渗透系数
• 2.2.4 土壤阳离子交换量
• 2.2.5 土壤碳酸盐含量
• 2.2.6 土壤孔隙率
• 2.2.7 土壤重金属背景值
• 2.2.8 电压降
• 2.2.9 阳极室、阴极室和土壤室电导率
• 2.2.10 电渗流体积的测定
• 2.2.11 重金属形态分析
• 2.3 论文研究技术路线
• 第3章 电修复技术影响因素分析及改进技术研究
• 3.1 电修复技术对红壤铅污染的适应性分析
• 3.1.1 材料与方法
• 3.1.2 实验结果与分析
• 3.1.3 实验小结与建议
• 3.2 电流密度对电修复技术的影响
• 3.2.1 实验材料与方法
• 3.2.2 实验结果与分析
• 3.2.3 实验小结与建议
• 3.3 阴极酸化法对电修复技术的改进研究
• 3.3.1 实验材料与方法
• 3.3.2 实验结果与分析
• 3.3.3 实验小结与建议
• 3.4 循环冲洗阴极液改进电修复技术研究
• 3.4.1 实验材料与方法
• 3.4.2 实验结果与分析
• 3.4.3 实验小结与建议
• 3.5 结论与建议
• 第4章 电修复技术处理生活污泥重金属研究
• 4.1 实验Ⅰ
• 4.1.1 实验材料与方法
• 4.1.2 实验结果与分析
• 4.1.3 实验小结与建议
• 4.2 实验Ⅱ
• 4.2.1 实验材料和方法
• 4.2.2 实验结果与分析
• 4.2.3 实验小结与建议
• 4.3 实验Ⅲ
• 4.3.1 实验材料与方法
• 4.3.2 实验结果与分析
• 4.3.3 实验小结与建议
• 4.4 结论与建议
• 第5章 电修复技术处理尾砂重金属污染研究
• 5.1 电修复技术对尾砂重金属的适应性分析
• 5.1.1 实验材料与方法
• 5.1.2 实验结果与分析
• 5.1.3 实验小结与建议
• 5.2 中间循环冲洗改进电修复技术
• 5.2.1 实验材料与方法
• 5.2.2 实验结果与分析
• 5.2.3 实验小结与建议
• 5.3 生物淋滤—中间循环冲洗—电修复联用技术研究
• 5.3.1 实验材料与方法
• 5.3.2 实验结果与分析
• 5.3.3 实验小结与建议
• 5.4 结论与建议
• 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读博士学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 攻读博士学位期间已经获得的专利
• 附录C 攻读博士学位期间参与的研究课题