多环芳烃污染土壤固化稳定化修复研究

论文摘要

多环芳烃是典型的疏水性有机污染物,具有致癌性、致畸性和致突变性,对人类健康造成了极大的危害。本论文开展了多环芳烃污染土壤的固化稳定化研究。制备了对多环芳烃有较强吸附作用的有机膨润土。使用1.5倍无机膨润土阳离子交换容量的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（HDTMA）改性无机钠基膨润土得到有机质含量为35.03%的有机膨润土。使用SEM-EDX和XRD对其微观结构和化学组成进行表征：晶片层间距d（001）从无机钠基膨润土的12.3610A增大到有机膨润土的19.4480A,有机膨润土含碳元素达36.56%（重量比）,证明有机长链季铵盐阳离子已经成功的与无机膨润土晶层间的钠离子发生了阳离子交换。利用制备的有机膨润土对蒽,菲,芘和苯并芘进行等温吸附实验。对苯并芘的吸附去除率达99%以上,HDTMA改性得到的有机膨润土对蒽,菲,芘和苯并芘的等温吸附曲线呈线性,相关系数达到0.8749以上,并且有机膨润土吸附多环芳烃不存在竞争吸附。甲苯使有机膨润土的平衡吸附量下降,产生了负面的影响。利用粉末活性炭对蒽,菲,芘和苯并芘进行等温吸附实验。粉末活性炭对蒽,菲,芘和苯并芘的等温吸附曲线是对数函数,可以用朗格缪尔等温吸附模型较好的拟合,对菲的拟合效果最好,对苯并芘的拟合稍差,拟合曲线的相关系数在0.9以上。没有添加甲苯的吸附组比添有甲苯的吸附组对多环芳烃的最大吸附量稍大,甲苯对活性炭吸附多环芳烃影响不大。活性炭对多环芳烃的吸附能力和吸附容量要远大于有机膨润土对多环芳烃的吸附容量。设计开发了用于测试低渗透性材料的三轴渗透试验仪,并申请了专利。该仪器可以测试渗透系数小于10-7cm/s的材料,由于其渗透压力可达450KPa,即47m的水头高度故使试样的饱和时间缩短至20h左右,远远小于传统渗透仪几天的饱和时间。利用此渗透仪成功的对原状土以及养护14天和28天的固化块的渗透系数进行了测试,测试过程方便、快捷,测试结果准确。测试固化体的UCS. K, TCLP浸出毒性和微观结构来评价和表征其性能,得到了固化剂的最佳配比关系。通过固化稳定化探索实验,摸索到固化稳定化优势配比为水/水泥=1.25,水泥/干土=20%,PSA:OPC=7:3,这一配比养护28d的UCS为4.02MPa, TCLP多环芳烃的总量小于4mg/l,苯并芘的浓度小于0:3μg/l。这符合固化稳定化浸出液污染物浓度限值的要求。考虑到经济性因素,减少水泥的用量来降低修复成本。在水泥/干土=2.5%,5%,7.5%,10%,12.5%,15%；膨润土/水=10%,15%;水/（干土+膨润土+粉煤灰）=20%,23%,26%；有机膨润土和无机膨润土四个因素之间设计单因子优化实验。摸索到最佳配比为：水泥/干土=15%,水/（水泥+膨润土+干土）=20%,即水/水泥=1.56,有机膨润土/水=10%。最佳配比对应的SB6养护28d的UCS是4.03MPa,渗透系数达到9.00E-09cm/s, TCLP多环芳烃的总量小于40μg/l,苯并芘的浓度为0.67μg/l。这符合固化稳定化浸出浓度限值要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 多环芳烃概述
• 1.1.1 多环芳烃的结构与性质
• 1.1.2 多环芳烃在环境中的来源、分布及迁移转化规律
• 1.1.3 多环芳烃在环境中的累积及对人的危害
• 1.2 多环芳烃污染土壤的修复
• 1.2.1 污染场地
• 1.2.2 污染场地修复技术
• 1.2.3 多环芳烃污染土壤修复技术
• 1.3 固化稳定化技术
• 1.3.1 定义
• 1.3.2 机理
• 1.3.3 发展历史
• 1.3.4 分类
• 1.3.5 多环芳烃的固化稳定化
• 1.3.6 无机膨润土改性制备有机膨润土
• 1.3.7 固化/稳定化的影响因素
• 1.3.8 固化/稳定化工艺流程
• 1.3.9 固化稳定化评价标准
• 1.4 技术路线
• 1.5 研究内容
• 1.6 研究意义
• 1.7 课题来源
• 第二章 有机膨润土和活性炭对多环芳烃的等温吸附研究
• 2.1 实验材料和仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 无机膨润土的提纯和选择
• 2.2.2 有机膨润土的制备
• 2.2.3 对多环芳烃的等温吸附
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 无机膨润土的选择
• 2.3.2 有机膨润土的表征
• 2.3.3 有机膨润土的等温吸附
• 2.3.4 粉末活性炭的等温吸附
• 2.3.5 质量控制
• 2.4 小结
• 2.4.1 有机膨润土的制备
• 2.4.2 有机膨润土和活性炭的等温吸附
• 第三章 多环芳烃污染土壤固化稳定化实验
• 3.1 实验材料和仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 多环芳烃污染土壤物理性质测试方法
• 3.2.2 多环芳烃污染土壤化学性质测试方法
• 3.2.3 固化剂配比
• 3.2.4 固化稳定化及其养护
• 3.2.5 UCS测试
• 3.2.6 固化体渗透系数的测试
• 3.2.7 污染土和固化体TCLP多环芳烃的测试
• 3.2.8 固化体TCLP零顶空测试苯系物
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 污染土的物理性质
• 3.3.2 污染土和TCLP多环芳烃的浓度
• 3.3.3 UCS结果
• 3.3.4 固化体的渗透系数
• 3.3.5 微观形貌表征
• 3.4 小结
• 3.4.1 探索实验
• 3.4.2 优化实验
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 本论文创新点
• 4.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历