论文部分内容阅读
原位炭质吸附剂覆盖技术与其他传统底泥修复技术相比具有成本低、施工简单、无后处理、对原有生态环境影响小等特点；本研究以颗粒活性炭、粉末活性炭和腐殖酸为修复剂，首先表征了它们的表面性质，并且应用这三种吸附剂于实验室静态模拟治理POPs污染的底泥，然后选用了颗粒活性炭和粉末活性炭为修复剂原位治理有毒有害污染物污染的底泥。静态模拟试验应用了总量分析、全波长扫描、三维荧光光谱、半透膜被动采样装置(SPMDs)、低密度聚乙烯膜（LDPEs）被动采样和生物富集几类方法对比评价了不同修复手段的有效性，原位修复试验选用总量分析和LDPEs膜两种方法评估了活性炭治理现场底泥的效果。研究得到的主要结论如下：（1）几种炭质吸附剂的比表面积、孔容及孔径分布差异明显。颗粒活性炭主要由微孔组成，拥有大的比表面积（880m2/g），其孔的结构可能含有圆筒型和“V”型等形状。粉末活性炭主要由中孔及大孔组成，拥有相对较大的比表面积（150m2/g），孔的结构可能含有锥形管状及平板状等形状。腐殖酸主要由中孔组成，拥有相对较小的比表面积（17m2/g），孔的结构可能含有瓶型、细口宽躯的毛细管型及双锥管型等类型。（2）由实验室静态模拟结果可知，平铺炭质吸附剂修复底泥后，目标污染物PCB128、PCB40和芘都有向吸附剂层迁移的趋势，颗粒活性炭修复的底泥迁移现象最明显，上层底泥中三种目标污染物的总量在修复后的第五个月相对未修复时分别增加了22.63μg/kg、33.2μg/kg和0.23mg/kg，并且由结果还可看出底泥中污染物的总量在实施修复后都有所减少。由上覆水评价试验结果可见，颗粒活性炭修复工况较快地减少了上覆水中溶解性有机物的浓度而使上覆水水质变好。粉末活性炭修复工况到修复第三个月后其上覆水中DOM含量也有了较为明显的减少，腐殖酸参与的修复工况因给水环境引入了新的溶解性有机质而增加了修复的“足迹”。仿生被动采样试验结果表明，颗粒活性炭对PCBs的治理见效快，修复后的第一个月膜摄取PCBs的平均量相对未修复时减少了57%。粉末活性炭和腐殖酸对芘的治理见效快，修复后的第一个月膜摄取芘的平均量相对未修复时减少了51%。但到修复第五个月之后颗粒活性炭总体修复效果更佳，目标污染物的相应平均减少率分别达到了90%（PCBs）和88%（芘），比其他修复工况高出近十个百分点。腐殖酸修复工况由于引入了大量的溶解性有机质而固定了更多的PCBs，致使到修复后的第五个月时膜富集物中未检出PCBs。由LDPEs膜计算出的孔隙水中目标污染物浓度变化可见，颗粒活性炭治理底泥的孔隙水中污染物总量在修复第五个月分别降到了0.01ng/l（PCBs）和0.48ng/l（芘），都低于其他修复工况的孔隙水浓度。结果还表明疏水性越大的污染物在孔隙水中的浓度越小，而在膜上富集的浓度越大。生物富集试验结果表明生物依然会摄入溶解性有机物固定的POPs污染物，颗粒活性炭修复的底泥生物富集量最低，分别为0.006μg/g(PCB)和0.029μg/g(芘)。两种目标污染物相应的生物富集因子分别为0.0093和0.046，说明炭质修复剂的治理作用对生物摄取起到关键作用。结合生物摄取与膜的被动采样两类评估方法对底泥修复有效性的评价更加全面。（3）由原位修复试验结果可知，几种目标污染物在不同区域的浓度分布不均匀导致测定结果误差相对较大，并且在修复第五个月之后污染物的总量都有所减少。其中邻苯二甲酸二甲酯的场地污染浓度最大（约17.2mg/kg），比其他污染物的浓度要高出2～3个数量级。从总量分析结果来看，污染物都有向吸附剂层迁移的趋势，颗粒活性炭修复工况迁移现象相对更加明显，吸附剂层污染物总量的平均增加率达到了86%，比粉末炭修复工况的增加率高出约一倍左右。由膜的富集试验结果可知，两种炭质吸附剂都明显减少了目标污染物的富集浓度。颗粒活性炭修复效果更好，其膜摄取量的平均减少率为43.6%，比粉末活性炭修复工况相应减少率高出约13个百分点。并由此可知现场底泥在修复后几种目标污染物的相对空白试验膜摄取量的减少率比实验室静态模拟结果要低。（4）对比SPMDs膜与LDPEs仿生富集试验结果可知，SPMDs膜的结果更加稳定、有说服力，LDPEs试验结果有所波动，但也能得出与SPMDs类似的结论。同时对比国产LDPEs膜和进口的LDPEs膜的试验结果可知，两种膜的评价效果相当，并且总体来看国产膜评价效果似乎更好，因此选择本地生产的膜进行工程评价研究是更加合适的选择。