鼠李糖脂修复重金属和多环芳烃（PAHs）复合污染土壤研究

论文摘要

随着科技的不断发展,人们逐渐认识到土壤环境中很少存在着单一污染物,无机物和有机物的复合污染对人类的健康和生态的安全造成了一定的威胁,已经引起人们的关注。重金属和多环芳烃（PAHs）作为常见的无机污染物和有机污染物的典型代表,是当前土壤修复研究的热门物质。土壤淋洗作为常见的应用广泛的土壤修复技术,通过选择有效的淋洗剂,可以有效修复复合污染的土壤。本文以生物表面活性剂鼠李糖脂作为淋洗剂去除土壤环境中的重金属和PAHs。鼠李糖脂可以通过降低表面张力和促进污染物的移动从而增溶污染物,它对环境无毒害,可完全生物降解不产生二次污染。由于重金属PAHs种类繁多,选取土壤环境中浓度最高的三种重金属（Pb、Zn、Cu）和美国环保局推荐的16种优先污染物PAHs做为研究对象。在批次实验中,研究了不同浓度（0.1%、0.5%、2%和4%）和不同pH值（6.5, 8.0. 10.0）的鼠李糖脂溶液对污染物的去除效率。结果表明,随着浓度的提高鼠李糖脂对污染物的去除效率逐渐增加。在鼠李糖脂溶液浓度为4%时,∑PAHs的去除率达到66.8%, Pb、Zn、Cu的去除率分别为66.7%、50.5%、48.5%;在鼠李糖脂溶液浓度为0.5%时,∑PAHs的去除率仅为20.5%,Pb、Zn、Cu的去除率分别为23.2%、12.5%、10%。pH值不断变化,污染物的去除效率液也在不断改变。在pH值为10时, Pb和Cu达到最大去除率为79.5%和35.5%,PAHs也达到最大去除率60.3%;Zn在pH值为8时达到最大去除率20.5%。同时,批次实验还将鼠李糖脂与羟丙基环糊精HPCD、十二烷基硫酸钠（SDS）+乙二胺四乙酸（EDTA）对比去除污染物。结果表明, HPCD对重金属和PAHs的去除能力不如鼠李糖脂, SDS+EDTA对重金属的去除效率高于鼠李糖脂,但是对PAHs的去除能力较鼠李糖脂弱。依据批次实验的结论,在土柱实验中,以2%的鼠李糖脂（pH=8）淋洗污染土壤。经过三轮淋洗, Pb、Zn、Cu的去除率分别达到85.6%、74%和63.7%,第一轮与第二轮之间Pb、Zn、Cu淋洗去除率增幅分别为25.4%、36.6%、18%;第二轮与第三轮之间Pb、Zn、Cu淋洗去除率增幅分别为16.7%、22%、20.1%,表明随着淋洗次数增加,每阶段能去除的污染物逐渐减少。经过三轮淋洗, PAHs的去除率非常高,如萘的去除率高达98%,对于难去除的6环PAHs的去除率也达到70%。随着苯环数的增加,第一轮的解吸率逐渐降低,第二轮和第三轮的淋洗对4环、5环和6环的PAHs作用更为显著。随着环数增加,辛醇-水分配系数（Kow）逐渐增加,化合物疏水性增强,去除难度增加,即PAHs淋溶率与其lgKow之间存在相关性。虽然原理上土柱法与批次实验法都是利用鼠李糖脂去除PAHs和重金属,但是二者在运行过程中会有很大的差别,故研究了上述两种运行模式。总体而言,鼠李糖脂可有效去除自然界土壤中的复合污染物,对实际污染土壤的修复具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 土壤污染来源、特点及其危害
• 1.1.1 土壤污染定义及其特点
• 1.1.2 土壤污染的来源及其危害
• 1.2 重金属和多环芳烃（PAHs）复合污染
• 1.2.1 土壤重金属污染来源及其危害
• 1.2.2 重金属在土壤中的存在形态
• 1.2.3 PAHs 污染来源及其危害
• 1.2.4 PAHs 在土壤中的吸附解吸和迁移转化
• 1.2.5 复合污染的定义、特点及类型
• 1.2.6 重金属-有机污染物在土壤中交互作用的形式及其特点
• 1.2.7 重金属-复合污染效应及其机理
• 1.3 淋洗修复污染土壤简介
• 1.3.1 土壤修复技术简介
• 1.3.2 土壤淋洗的定义及分类
• 1.3.3 影响土壤淋洗的因素
• 1.3.4 土壤淋洗的应用
• 1.3.5 常用淋洗液类别
• 1.4 鼠李糖脂在土壤环境修复中的研究进展
• 1.4.1 表面活性剂的定义和分类
• 1.4.2 鼠李糖脂的特性
• 1.4.3 鼠李糖脂在土壤修复中的应用
• 1.5 本研究的主要内容
• 第2章 土壤理化性质和污染物含量分析
• 2.1 土壤样品的采集、制备和保存
• 2.2 土壤样品基本理化性质分析
• 2.2.1 土壤粒径分析
• 2O）的测定'>2.2.2 土壤pH 值（H₂O）的测定
• 2.2.3 土壤有机质的测定
• 2.2.4 土壤阳离子交换量（CEC）测定
• 2.3 土壤重金属测定
• 2.3.1 土壤中Pb 含量的全量分析法
• 2.3.2 土壤中Cu 和Zn 含量的全量分析法
• 2.3.3 土壤中重金属化学形态测定
• 2.4 PAHs 含量测定
• 2.4.1 主要试剂
• 2.4.2 主要仪器
• 2.4.3 PAHs 测定预处理
• 2.4.4 GC/MS 测定
• 第3章 批次实验修复污染土壤
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 土壤样品的采集与制备
• 3.1.2 土壤理化性质分析
• 3.1.3 实验仪器
• 3.1.4 淋洗试剂
• 3.1.5 批次实验
• 3.1.6 重金属和PAHs 的提取和测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 土壤的理化性质及其污染物含量测定
• 3.2.2 鼠李糖脂溶液的浓度对污染物去除效果的影响
• 3.2.3 鼠李糖脂溶液的pH 值对污染物去除效果的影响
• 3.2.4 鼠李糖脂溶液与其他常用淋洗试剂去除污染物效果对比
• 3.3 结论
• 第4章 土柱实验修复污染土壤
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 土样的采集以及理化性质分析
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 土柱装填
• 4.1.4 淋溶实验
• 4.1.5 污染物提取与测定
• 4.2 影响土柱淋洗效率因子的确定
• 4.2.1 淋洗剂浓度
• 4.2.2 淋洗速率
• 4.2.3 淋洗时间
• 4.2.4 pH 值
• 4.2.5 无机离子
• 4.2.6 土壤颗粒粒径
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 土柱稳定状态评估
• 4.3.2 三轮淋洗对重金属的去除效率分析
• 4.3.3 三轮淋洗对PAHs 的去除效率分析
• 4.4 土柱实验与批次实验的比较
• 4.5 结论
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢