镉、铅污染胶东棕壤的电动修复技术研究
作者单位：中国海洋大学
学位级别：硕士
导师姓名：金春姬
授予年度：2008年
学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理]
摘 要：土壤是人类赖以生存和发展的主要自然资源之一,也是人类生态环境的重要组成部分。但是近年来土壤的重金属污染日益严重。我国的许多地区,特别是在一些经济发达地区,农产品的重金属污染现象十分严重,直接影响农业经济的发展和人民的身体健康。镉、铅作为土壤重金属污染的主要元素,对人体及动植物产生多种危害。含有镉、铅的污染物通过各种渠道进入土壤后,可造成土壤持久性的污染,即使中断其直接污染途径,仍能长期被作物吸收。且镉、铅的污染源数量多,污染范围广,潜在危害性大。 电动修复技术是近几十年出现的新技术,可用于处理无机物、有机物及放射性物质污染的土壤。该技术产生的电动效应受土壤透水性影响较小,适用于修复多向异性和密实性的土壤。同时,电动修复技术还具有试剂用量少、安装方便、操作简单等优点,因此具有其他污染土壤修复技术不可替代的优势。国内外学者对电动修复的机理和实际应用都做了大量研究,但不同的土壤性质对其应用影响较大,需要具体研究。 本文采用电动修复的方法处理广泛分布于胶东半岛的胶东棕壤,目标污染物为镉和铅。着重考察电动修复技术在胶东棕壤上的适用性,解决电动修复时重金属的沉淀和处理成本问题,以期促进土壤重金属污染问题的解决。主要工作如下: (1)首先分析了此胶东棕壤的基本理化性质,酸碱缓冲能力,以考察此种土壤是否适合使用电动力学进行修复。并做了一部分吸附解吸试验,包括:不同pH下土壤对Cd、Pb的吸附行为;不同量的乙酸、柠檬酸存在条件下土壤中Cd、Pb的解吸能力。 (2)电动修复处理镉、铅单独污染的土壤。分别采用未加任何控制的电动修复,乙酸氨-乙酸,乙酸-乙酸,柠檬酸-乙酸四种控制方法对土壤进行处理。对比四者的去除效果,用Tessier五步提取法分析处理前后土壤中镉、铅的形态变化。并进行了能耗分析。 (3)为了降低电动修复的成本,对阳极逼近法电动修复技术进行了初步探索,分析归纳了其酸化原理,并采用此法修复Cd、Pb复合污染的土壤。同时采用未加控制的电动修复和乙酸控制法进行了对比试验,比较它们的优缺点。 通过对上述试验数据的分析归纳,可以得出以下结论: (1)此胶东棕壤的酸碱缓冲能力较强,不易于酸化,增加了电动处理过程中酸的使用量,进而使处理成本提高。 (2)电动修复过程中阳极附近土壤pH的降低可引起电渗流的消失,通过适当调节阳极池溶液的pH可保证电渗流存在。 (3)不加任何控制条件的电动修复,Cd的去除率低,仅为2.55%;Pb仅在阳极附近的去除率较高,总去除率为19.51%,处理成本较低,为0.05-0.06元/kg土。乙酸铵-乙酸调控下Cd、Pb的去除率分别提高为32.21%和29.05%,但仍存在富集段,去除效果欠佳,分析原因是土壤pH调控的仍偏高。乙酸-乙酸调控下Cd的去除率猛增到63.73%,Pb的去除率也增加到了46.93%,处理成本较高,为1.03元/kg土。加入柠檬酸后Cd和Pb的总去除率都略有下降,分别为61.45%和45.74%。但处理后Cd和Pb主要富集在阴极附近的土壤中,处理成本与乙酸-乙酸调控下相当。 (4)土壤中重金属的形态变化:此类土中Cd的残渣态和有机结合态较少,Cd主要形态变化是可交换态与碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态的转换。Pb在土壤中五种形态均有存在,但电动试验中主要是可交换态与碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态的转换。 (5)阳极逼近法可逐步将重金属驱赶到阴极附近极少的土体中。阳极逼近法可使土体酸化区增大,理论上酸化区占整个土体的百分比可用公式表示为:。其处理成本低,如果辅以其他处理方法,其实用性更强。
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