逐级Fenton化学氧化重度石油污染土壤的实验研究

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针对改性Fenton化学氧化重度石油污染土壤过程中,一次性投加大剂量的H2O2时,存在H2O2稳定性降低、土壤温度升高杀灭土著细菌的弊端,拟研究低剂量多次投加H2O2条件下,逐级Fenton化学氧化重度石油污染土壤的特性。考察了三种重度石油污染土壤经逐级化学氧化后的修复效果,分析了石油烃(TPH)和土壤有机质(SOM)的氧化特性及其影响因素;同时分析了逐级Fenton体系中,H2O2的分解特性、溶解性铁变化特征,并分析了H2O2分解特性和溶解性铁消耗速率对石油烃氧化的影响,为石油污染土壤的现场修复提供理论依据。通过研究得到以下结论:1.逐级Fenton化学氧化重度石油污染土壤特性及影响因素研究(1)结果表明H2O2分26次投加后,土样S1和S2的TPH去除率为30%60%,高于一次投加的25%30%,土壤中石油烃逐级Fenton氧化率提高了5%-30%。此外,上述分级条件下,结果表明H2O2分2-6次投加后,氧化1g TPH消耗的H2O2量明显减少,土样S1、S2和S3中氧化1gTPH消耗的H2O2分别为40g70g、25g45g和40g70g,均低于一次投加的H2O2消耗量(77g、55g和158g)。可见,分次逐级投加H2O2可以节约48%-75%的H2O2。(2)逐级Fenton氧化重度石油污染土壤S1、S2、S3(初始TPH浓度分别为14.4g/kg、23.2g/kg、95.6g/kg)时,对土样S1和S2而言,在Fe2+与H2O2的摩尔比为1/129条件下,逐级投加4次H2O2后,TPH去除率最高达到58%,而单次投加的TPH去除率却只有32%左右,提高了近2倍;而对于土样S3而言,逐级投加4次H2O2后,TPH去除率最高达到9%,而单次投加的TPH去除率为2%3%,提高了3倍。逐级Fenton氧化土样S1和S2的效果优于土样S3。(3)逐级Fenton氧化后,土样S1、S2和S3中的SOM氧化率分别为2.11%3.82%、6.48%9.39%和0.75%2.02%,均低于一次投加方式的SOM氧化率(3.4%4.02%、8.42%9.6%和2.15%2.71%),可见,H2O2采用逐级投加后,减少了对SOM的氧化。(4)不同铁投加量对修复效果的影响实验中,在投加次数多于4次时,土样S1、S2和S3的TPH去除率在Fe2+与H2O2的摩尔比为1:129时达到最大值,分别为59.78%、58.82%和9.16%,而当Fe2+继续升高到9.28mmol/L时,TPH去除率略有降低,分别为57.00%、55.85%和7.27%;不同铁投加量对土壤有机质(SOM)的影响很小,当H2O2投加次数为4时,土样S1、S2和S3在[Fe2+]=5.8mmol/L的SOM值分别为14.43%、12.98%和14.83%,当Fe2+继续升高到9.28mmol/L时,土样S1、S2和S3的SOM值分别为14.67%、12.79%和14.67%。2.逐级Fenton体系中H2O2分解特性研究(1)H2O2投加次数是影响H2O2的分解特性的主要因素,相同H2O2投量条件下,投加次数越少,H2O2分解的越快,1次投加的前4h时,H2O2的分解速率高达182.63mmol/(L h),随着投加次数的增加,H2O2分解逐渐减慢,6次投加后,H2O2的分解速率仅为30mmol/(L h)左右。(2)土质也会影响H2O2的分解特性,当Fe2+投加量为8.12mmol/L时,土样S1和S2中H2O2的分解速率分别为37.22mmol/(L h)182.63mmol/(L h)、35.81mmol/(L h)177.82mmol/(L h),比土壤S3的分解速率快(26.61mmol/(L h)131.64mmol/(L h))。(3)本实验中亚铁离子浓度对H2O2分解过程的影响与土质有关,对于土样S1和S2,在相同投加次数条件下,均是当亚铁离子投加浓度为8.12mmol/L时,H2O2的分解速率最大分别为182.63mmol/(L h)和177.82mmol/(L h);对于土样S3,H2O2分解速率随着亚铁离子投加量的增加而增加,在亚铁离子投加浓度为9.28mmol/L时分解最大为143.61mmol/(L h)。3.逐级Fenton体系中溶解性总铁转化规律研究中,整个反应过程中的溶解性总铁浓度是持续下降的,当Fe2+投加量为5.8mmo/L和6.96mmol/L时,溶解性铁的消耗量为2.84mmo/L6.18mmo/L,而当Fe2+投加量为8.12mmo/L和9.28mmol/L时,溶解性铁的消耗量为0.83mmo/L2.70mmo/L,表明Fe2+投加量大有利于铁还原。4. H2O2稳定性对石油污染土壤修复的影响研究(1)H2O2稳定性对石油烃氧化的影响与土质有关,H2O2投加次数的增加能提高H2O2的稳定性,从而提高TPH去除率,但并不是投加次数越多越好。土样S1、S2和S3的石油烃氧化率最大的H2O2分解速率分别为42.41mmol/(L h)、44.67mmol/(L h)和24.61mmol/(L h)。(2)在H2O2稳定性对土壤有机质氧化的影响研究中,H2O2的稳定性增加,可以略微减小SOM去除率,约为1%2%。
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