浒苔生物炭盖帽处置对污染疏浚物中重金属释放的阻滞效应研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rangdeqian
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随着我国海洋强国的发展,港口航道污染疏浚物的处置工作逐渐受到关注。重金属是一类在环境中无法降解的高毒性污染物,受人类活动影响,疏浚物中可能蓄积一定量的重金属。传统的海洋倾倒可能无法满足数量巨大、污染情况复杂的疏浚物的处置工作。使用活性材料的薄层盖帽法(1~4 cm)具有处置成本低、操作难度小、可大规模海上原位处置污染疏浚物等特点。浒苔是一种生长和繁殖能力强,易引起绿潮的大型海洋藻类,已有研究证实浒苔生物炭是一种具有吸附性能的活性材料,能够有效处置水中重金属污染物。然而,使用浒苔生物炭作为盖帽材料的薄层盖帽法处置污染疏浚物中重金属这一研究暂时空白。本研究在不同温度下制备了浒苔生物炭并对其进行了特性分析,利用制备的浒苔生物炭进行了纯水体系和海水体系的盖帽实验,旨在探究基于浒苔生物炭的盖帽处置对污染疏浚物中Cu、Pb和Cd释放的阻滞效应。主要研究内容和得到的结论如下:(1)以浒苔粉为热解原料,利用限氧热解法在450℃和600℃下制备浒苔生物炭并对其进行特性分析,分析项目包括77 K下的N2吸附脱附-实验,扫描电子显微镜(SEM),傅里叶红外光谱分析(FT-IR)和X射线衍射分析(XRD)。结果表明,随着热解温度的升高,浒苔生物炭的比表面积增大(SBET450BC=192.73 m~2g-1,SBET600BC=214.83 m~2g-1),制备的浒苔生物炭是具有粗糙孔结构的多孔材料。并且,实验制得的浒苔生物炭含有丰富的表面官能团(如O-H、C-H、-COOH等)和大量C及石英砂。由此,实验制备的浒苔生物炭是一种具有吸附潜力的材料,可作为盖帽材料进行后续实验。(2)以浒苔生物炭(BC)和活性炭(AC)作为盖帽材料,对比不添加盖帽材料的暴露组,进行了纯水体系的短期盖帽实验(55 d),盖帽厚度为0、1、2和4 cm。实验结果表明,随着盖帽实验的进行,上覆水中重金属浓度随着盖帽厚度的增加而降低,盖帽实验接近终点时,BC 2 cm和BC 4 cm盖帽组上覆水中Cu、Pb和Cd的浓度最低。BC 2 cm对Cu、Pb和Cd的盖帽效率较高,分别为83.51%、53.86%和76.30%,BC 4cm对Cu、Pb和Cd的盖帽效率分别为81.10%、53.16%和76.36%。盖帽实验终止时,盖帽组上覆水pH较暴露组更高。动力学模型分析的结果表明,随着盖帽厚度的增加,拟合程度降低,Elovich方程对Cu释放的拟合情况最好,抛物线扩散方程对Pb释放的拟合情况最佳,抛物线扩散方程和双常数速率方程对Cd释放的拟合程度最好。(3)以450℃和600℃制备的浒苔生物炭(450BC、600BC)和活性炭(AC)作为盖帽材料进行了海水体系的短期盖帽实验(45 d),盖帽厚度为0、2和4 cm。结果表明,盖帽实验接近终点时,450BC 4 cm盖帽组上覆水Cu和Cd的浓度最低,600BC 2cm、600BC 4 cm和AC 2 cm上覆水中Pb的浓度相对其他装置组低。海水体系盖帽效率整体偏低。盖帽实验终止时,盖帽组上覆水pH较暴露组低。动力学模型分析的结果表明,Elovich方程和双常数速率方程对Cu和Pb释放的拟合程度较好,抛物线扩散方程对Cd释放的拟合结果最好。BCR实验的结果表明盖帽实验对疏浚物中活性较高的重金属组分的释放由一定阻控能力。浒苔生物炭的盖帽法对污染疏浚物重金属释放的阻滞效应可能主要基于机械屏障及物理化学复合作用。在保证盖帽效果的同时全面评估盖帽法对周围生态环境存在的生态风险至关重要。
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