【摘 要】
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挥发性氯代烃(Volatile Chlorinated Hydrocarbon,VCHs)是重要的化工原料和有机溶剂,具有化学性质稳定、密度大、难溶于水等特性,氯代烃进入土壤和地下水后,由于其比重大于水、微溶于水且粘度小,在重力的作用下持续向下移动。先是通过包气带的土壤向下移动,然后进入地下水的含水层,地下水的流动扩大了氯代烃的污染范围;随后氯代烃继续向下移动,并在地下水饱水带的隔水层形成重质非水
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挥发性氯代烃(Volatile Chlorinated Hydrocarbon,VCHs)是重要的化工原料和有机溶剂,具有化学性质稳定、密度大、难溶于水等特性,氯代烃进入土壤和地下水后,由于其比重大于水、微溶于水且粘度小,在重力的作用下持续向下移动。先是通过包气带的土壤向下移动,然后进入地下水的含水层,地下水的流动扩大了氯代烃的污染范围;随后氯代烃继续向下移动,并在地下水饱水带的隔水层形成重质非水相液体(DNAPLs),在自然界中难以通过生物进行降解。挥发性氯代烃类化合物作为一类特殊的污染物,因具有挥发性、毒害性、隐蔽性、累积性和多样性等污染特性,己成为一类重要的环境污染物,被列为环境中潜在危险性大、优先控制的有毒有机污染物。近年来我国已经开始关注挥发性氯代烃污染土壤和地下水的修复,最常见的修复方法包括原位热脱附技术、异位热脱附技术、生物修复技术和土壤蒸汽提取技术等,相比于其他污染土壤修复技术,热脱附技术具有污染物处理范围宽、处理效率高、修复后土壤可再生利用等优点。本论文选取了典型挥发性氯代烃(1,1-二氯乙烯(1,1-DCE)和三氯乙烯(TCE))为研究对象,研究其在模拟土壤及不同类型实际土壤中的吸附和热脱附过程,探究了土壤有机质、矿物组成对氯代烃吸附过程的影响以及脱附时间、脱附温度、矿物组成等关键因素对氯代烃热脱附过程的影响,主要结论如下:(1)模拟土壤对两种氯代烃表现出相似的吸附动力学规律,吸附经历了3个较为明显的阶段:在吸附初期吸附量迅速增大,在吸附开始后的8 h内,吸附速率均达到最大,吸附量约达到最大吸附量的70%,随着吸附时间的增加,8-24 h为减速吸附阶段,模拟土壤吸附量逐渐趋于稳定,大约24 h左右,两种污染物吸附均可以达到平衡,此后吸附量不随时间增加而增大,根据计算得到的1,1-DCE和TCE平衡吸附量分别为2.864mg/Kg、3.219 mg/Kg。(2)吸附等温线拟合结果表明Langmuir吸附模型能够很好的拟合TCE在土壤中的吸附等温数据,不同土壤拟合得到的R~2值均在0.95以上,且有机质含量越高,土壤对TCE吸附量越大,这表明同一土层剖面上,土壤对TCE的吸附行为主要由土壤有机质含量决定;采用Freundlich模型进行拟合,拟合得到的1/n均大于0.5,这表明土壤对TCE的吸附能力均较弱;线性方程对吸附等温线数据拟合相对较差。线性方程、Freundlich方程、Langmuir方程均能较好地拟合1,1-DCE在土壤中的吸附等温数据,但吸附过程中采用Freundlich方程拟合得到的相关系数R ~2值最大。(3)污染土壤加热后在土壤中的氯代烃浓度随时间延长而降低,且氯代烃热脱附速率随处理温度的增加而增加。在开始阶段,污染物从土壤颗粒表面快速脱附,而在5min后,脱附速率受到内部扩散现象的限制。此外,在150°C和超过18 min时,在沙质(粗沙、中沙和细沙)和粉质土壤中残留浓度较低(约100 mg/kg)。在热脱附温度为200°C时,除粘土外,所有土壤仅在5 min内就达到了最低残留浓度(<10mg/kg),粘土需要更高的加热温度或更长的加热时间。氯代烃污染的细砂能够在较低温度下达到较高的脱附效率(100°C时为76%,150°C时为95%),而细土(淤泥和粘土)和粗砂的热脱附效率较低。
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