论文部分内容阅读
我国土壤目前面临着不同程度的重金属污染,其中类金属As污染形势较为严峻,在某些区域土壤As污染程度较高,由此而引发的粮食和饮用水As超标事件不断增多。随着社会的发展,纳米级材料已被广泛的应用到环境重金属的修复中,其中纳米零价铁(NZVI)因其具有比表面积大、粒径小及反应活性高等理化性质,在治理环境As污染治理方面已取得较好成果。本研究采用壳聚糖(Chitosan)对纳米零价铁改性制备出壳聚糖基纳米零价铁(C-NZVI),首先通过动力学实验、等温吸附实验、竞争实验等实验,探究其对溶液体系中As(Ⅲ)的吸附效果;其次,探究长期淹水条件下,As污染土壤的溶出特性及C-NZVI柱载系统对土壤溶液中As的原位吸附;在此基础上,探索三种处理(静置、搅拌、搅拌+强化剂)在淹水条件下土壤As的溶出特征,定期排上覆水,外排水As经Fe基吸附过滤而得到净化,后利用C-NZVI柱载系统提取孔隙水As,以明确淹水强化溶出----排水----柱载系统的联用技术对土壤活化态As的修复效能。主要研究结论如下:(1)C-NZVI对As(Ⅲ)的吸附特征可以利用准一级动力学和Langmuir吸附等温模型进行拟合;在As(Ⅲ)初始浓度为250 mg/L的条件下,C-NZVI在1.5 h时对As(Ⅲ)的去除率可达到95%;Langmuir模型拟合得到最大吸附值为145.1 mg/g。(2)当竞争性K2HPO4、H3BO3、Na2SiO3和CH3COOH浓度为0.05~0.5 mmol/L时,C-NZVI对初始浓度5 mg/L As(Ⅲ)的去除率高达99%。(3)C-NZVI柱载系统可以吸附静置溶液中61.2%的As,而残留在溶液体系里的C-NZVI只降低了 27.2%的As。(4)长期性淹水和翻动土壤可有效加快土壤As溶出,As最高溶出量高达18.9mg/kg,液相As形态主要以As(Ⅲ)为主;后期阶段C-NZVI柱载系统对其的吸附能力明显。淹水结束后,处理中固相As的含量较原土降低了 31.8%。(5)C-NZVI柱载系统中的Fe在淹水过程中并没有大量溶出,减少了二次污染;同时,该提取技术可以有选择性的调节提取柱的应用密度和反应提取时间。(6)强化剂的加入能够有效促进土壤As的还原溶出,相同应用比例下C-NZVI对外排液As(341 μg/L)的吸附效果要高于其他三种吸附材料;利用不同浓度梯度C-NZVI对各强化后的外排液As进行去除,去除效率均在74%以上,与此同时C-NZVI可同时将上覆水P、Si高效去除。(7)较原土相比,淹水强化溶出----排水联用技术下,搅拌处理和搅拌+强化剂处理中的土壤As含量显著的降低23.4%、26.7%;C-NZVI柱载系统能高效去除土壤液相As;以上实验结果表明,淹水强化溶出----排水----柱载系统提取孔隙水As联用技术的高效性,该技术为土壤As污染的修复提供了一种重要途径。