表面活性剂增强石油烃污染含水层修复效果研究

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地下水作为重要的淡水资源,具有维持水循环,促进生态环境良性发展的功能。随着人口数量增长、工业化进程不断加快,地下水污染现象日趋严重。石油烃由于水溶性差、不易降解及毒性大等特点,被列为优先控制的地下水有机污染物之一。表面活性剂强化含水层修复技术(SEAR)是利用表面活性剂的两亲性乳化石油烃,提高石油烃的溶解度,增强其流动性,通过抽出处理达到快速去除石油烃污染物的目的,是一种强化传统地下水含水层石油烃污染修复效果的技术。目前,关于SEAR还处在实验室阶段,要将SEAR技术在场地修复中成功应用,还需考虑地下含水层条件,解决其修复效果差等问题。本研究选取汽油作为石油烃代表污染物,通过对汽油在含水层中污染特性进行考察,利用静、动态实验优选出高效环保的单一表面活性剂,并探究不同环境条件对其增溶、洗脱汽油过程的影响,接着针对单一表面活性剂的修复效果进行性能强化实验,确定修复效果最佳的表面活性剂组合,开展一维实验验证其对汽油污染含水层的修复效果。主要研究结论如下:1、分析了汽油的溶解、吸附特性。溶液中汽油的溶解度随油水体积比增加而增大,呈指数增长变化;当油水体积比为一定时,汽油溶解度随溶液中离子强度增加而减小,呈线性下降。汽油在中砂介质中具有一定的吸附作用,吸附在6 h达到平衡,吸附作用主要为物理吸附作用,其等温吸附规律符合Freundlich模型,说明汽油的吸附过程为多层非均质吸附。2、确定了汽油污染修复效果最优的单一表面活性剂。表面活性剂对汽油的增溶能力大小顺序为:鼠李糖脂>Triton X-100>AEO-9>APG>AES>Brij 30>Tween 80>SDS,其中鼠李糖脂、Triton X-100和AEO-9具有较强的增溶能力,WSR分别为9.5994、5.2222和5.0322;在含水层介质上的吸附性能大小顺序为:Brij 30>Tween 80>AEO-9>鼠李糖脂>Triton X-100>AES>SDS>APG,其中阴离子表面活性剂的吸附率较非离子表面活性剂更小;洗脱效果大小顺序为:Tween 80>Triton X-100>AES>SDS>APG>AEO-9>鼠李糖脂>Brij 30,其中Tween 80、Triton X-100对油污砂的洗脱效果明显优于其它表面活性剂,最高去除率分别为96.72%和78.84%。最终确定Triton X-100为含水层石油烃污染修复最优效的单一表面活性剂。3、查明了不同环境条件对表面活性剂增溶(表面活性剂浓度、pH、离子强度)、洗脱(介质类型、注水速度、注水方式)石油烃污染物效果的影响。汽油的增溶效果随Triton X-100溶液浓度的升高呈现出先增大,后减小的变化趋势,9倍CMC时汽油浓度达到最大为2358.4 mg/L;汽油增溶效果不受溶液pH变化的影响,随Triton X-100溶液pH由2.71增大到11.4,溶液中汽油浓度几乎不变,维持在1960 mg/L左右;离子强度会抑制TritonX-100溶液对汽油的增溶作用,离子强度越大,增溶效果越差。汽油的洗脱效果随Triton X-100浓度的增大而提高,在1180.8 mg/L时汽油去除率为44.29%,是清水洗脱下的12.4倍;其洗脱效果还与含水层介质粒径有关,粒径越大洗脱效果越好,表现为粗砂>中砂>细砂;改变冲洗流速也会影响洗脱效果,冲洗流速越大,洗脱效果越好,当流速达到6 min/m L时,洗脱效率无明显变化;相比于连续冲洗,间歇冲洗方式能够有效提升洗脱效率。4、提出了对汽油污染含水层修复效果最好的表面活性剂配比体系。相比于单一表面活性剂体系,不同的混合体系能显著提高介质中汽油污染物的去除效率,尤其是Triton X-100与Tween 80在1:1时的混合体系。在表面活性剂对含水层汽油污染修复效果的一维模拟验证实验中发现,上述混合体系能增大汽油污染物在含水层中溶解度,提高污染物在介质中的迁移能力,增强含水层中汽油污染物的修复效果,在48 h的持续修复下,对含水层汽油的去除效率达到83.7%。
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