富里酸对铅污染土电动修复与电渗加固影响的试验研究

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我国沿海地区广泛分布有大面积的疏浚土和吹填土,具有含水量高、强度低、渗透性差的特点,传统重力式加压固结方法难以达到预期目标。同时,我国土壤污染总超标率16.1%,耕地占位超标率19.4%,土壤污染情况严重。铅污染作为五大重金属污染之一,因其在土壤中溶解度小,不易迁移,滞留时间长同时对人体中枢神经系统损害严重的特点一直被列为土壤重金属污染修复的重点对象之个。上世纪80年代末兴起的污染土壤电动修复方法因其经济高效、环境友好等特点而广泛应用于铅污染土壤修复中,之后为提高电动修复效率而采用的电动-螯合剂联合修复技术也取得了丰硕的成果。然而由于人工螯合剂自身所具有的生物毒性以及高昂的成本使得电动-螯合剂联合修复技术难以得到进一步推广。本文基于前人的研究成果,首次将具有高溶解性、强吸附性、低成本及环保性好等特点的天然螯合剂富里酸(FA)用于电动-螯合剂联合修复,同时与常用的人工螯合剂EDTA、EDDS进行比对,通过改变富里酸的浓度、配比、pH及电动修复时间,试图探寻出一种相较传统的电动-人工螯合剂联合修复更为经济高效且环保的电动去除土壤中铅及软土加固的综合处理方法。本文所做的工作及相应成果如下:(1)总结了现有的铅污染土修复方法,从物理、化学、生物三个角度对各种修复方法进行了分类,并分析介绍了各种方法的优缺点。在前人大量实验研究结论的基础之上,分析了传统电动螯合修复技术的优势和不足之处。分析了电渗排水加固的原理,并结合前人相关研究,首次提出了螯合剂在电动修复过程中可能对电渗排水加固产生影响。展示了富里酸自身的诸多性质及在电动修复铅污染土壤所蕴藏的潜力。(2)设计了不同浓度富里酸作螯合剂对重塑铅污染土进行室内电动修复实验,并与常用的人工螯合剂EDTA、EDDS在铅离子去除和电渗排水加固两大方面进行了对比,结果表明:在通电过程中,阴极加入蜇和剂后改变了铅离子的迁移轨迹;0.5mol/L富里酸的加入使得土壤中铅离子迁移效果好于0.1mol/L的人工螯合剂EDTA、EDDS,但是添加人工螯合剂使得溶解铅含量大于富里酸,溶解铅量随富里酸浓度增加而增大。EDTA、EDDS的加入使电渗排水总量增加,但由于其化学特性使得处理后土体的抗剪强度低于对照组;高浓度的富里酸抑制了电渗排水,但较低浓度的富里酸对电渗排水效果影响很小。(3)在初步实验结论的基础之上,进一步设置了几组浓度更可能逼近最优处理浓度的试验组,同时设置了更长通电时间的几组试验,探究更为经济、高效的电动修复-加固方案。对不同试验组处理后的土体的微观结构进行了观察,并进一步从微观角度对土体电渗性状发生改变的原因做了分析。实验结果表明:0.3mol/L富里酸作螯合剂的试验组效果最好,1.5mol/L富里酸作为螯合剂的试验-04迁移效果最差,进一步证明了过高浓度的富里酸对铅迁移效果反而起反作用。延长修复时间确实可以提高铅去除率,但提高程度并不明显,实际应用中,应根据实际情况,兼顾修复目标和时间成本,通电成本等,选择合理的通电时间。对土体的微观结构观察结果表明:富里酸在电动修复过程中加入到土体之后令土体空隙变小,土体变得更板结,从而导致了土体电渗性状发生改变,导电能力下降,电渗排水下降,并最终导致铅去除效果降低。(4)将适宜浓度的富里酸分别与EDTA、EDDS以一定体积比混合,试图利用不同螯合剂各自的优点提高电动修复与电渗排水加固的综合效果,并从多个方面对其修复,加固效果进行了评价。实验结果表明:混合溶液作为螯合剂对铅离子在土中的迁移效果明显好于对照组,而EDDS-FA混合溶液对铅的迁移效果好于EDTA-FA,混合溶液中EDTA/EDDS浓度的改变并未对其迁移效果产生较大改变。混合溶液作为螯合剂对排水量相对对照组有一定的提升作用。(5)对各试验组在通电过程中的电势分布与电流变化监测发现:阳极区域承担的电压较多,阴极区域承担的电压较,各组电势分布总体上呈现出降低-平稳-上升-平稳的趋势。电流大小则呈现出先减小后抬升最后再降低的趋势。
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