【摘要】：隨著經(jīng)濟全球化發(fā)展和人口的不斷擴張,在城市發(fā)展過程中,城市區(qū)域不斷擴大的要求日益明顯。原來處于郊區(qū)的工業(yè)區(qū)在城市擴張過程中需要進行搬遷,以滿足城市化的需求。但許多工業(yè)區(qū)在原來的運行過程中,由于管理手段的不到位或者缺少先進的三廢處理技術(shù),導(dǎo)致了較為嚴(yán)重的環(huán)境問題。對于如何科學(xué)合理利用該類工業(yè)遺留或遺棄場地是值得研究的一個課題。對該類遺棄場地,開展基于土壤環(huán)境風(fēng)險的土壤環(huán)境質(zhì)量評價,針對性地采取合理措施,加強土壤的污染防治,從而改善城鄉(xiāng)人居環(huán)境。本論文以兩類典型工業(yè)場地作為研究對象,建立了同時測定土壤中多種有機污染物的方法,探討了場地中污染物的分布特征,并進行了基于電對燃料電池自產(chǎn)電的污染物修復(fù)研究。論文建立了同時測定土壤中多種污染物的檢測方法,包括氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)分析土壤中的18種溴代聯(lián)苯(PBBs)和溴代聯(lián)苯醚類(PBDEs)化合物的方法,液相色譜-串聯(lián)四級桿質(zhì)譜儀同時測定土壤中四溴雙酚A(TBBPA)及3種六溴環(huán)十二烷(HBCDs)同分異構(gòu)體的分析方法等。利用快速溶劑萃取(ASE)技術(shù)和凝膠凈化系統(tǒng)(GPC)進行土壤樣品的前處理,13C標(biāo)記物作為進樣內(nèi)標(biāo)和替代標(biāo)。采用電子轟擊源氣相色譜質(zhì)譜法(GC-EI/MS)分析一溴至七溴代PBBs和PBDEs,負(fù)化學(xué)源氣相色譜質(zhì)譜法(GC-NCI/MS)分析八溴至十溴代PBBs和PBDEs,其中BDE-209的分析采用同位素稀釋法。PBBs和PBDEs方法的檢出限為0.15～4.0 μg/kg,土壤中化合物加標(biāo)回收率為43.8%～97.2%(n=22),RSD為18%-31%。采用液相色譜-串聯(lián)四級桿質(zhì)譜儀,利用負(fù)離子電噴霧多反應(yīng)監(jiān)測模式監(jiān)測TBBPA和HBCD,表明檢測土壤中TBBPA和HBCDs方法的檢出限為0.1～1.2μg/kg,加標(biāo)回收率為81.8%～113%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%。此外,論文還建立了氣相色譜質(zhì)譜法測定土壤中的多環(huán)芳烴,以及ICP和ICP-MS法測定土壤中重金屬含量的檢測方法,目前所建立的方法優(yōu)化了前處理和分析測試技術(shù),能適用于大量樣品的檢測。在分析方法建立的基礎(chǔ)上,研究了兩個工業(yè)場地的土壤污染特征。以典型廢棄化工區(qū)作為研究對象,采用單項污染指數(shù)法,討論了化工區(qū)遺留地的重金屬污染問題。分析了地表水、地下水以及區(qū)域內(nèi)土壤、污染企業(yè)處理設(shè)施附近土壤、對照點土壤中的11種重金屬的含量和分布情況,探討了化工區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和污染特征。研究結(jié)果表明,化工區(qū)內(nèi)的土壤污染和河道底質(zhì)中的重金屬污染有明顯的相關(guān)性。土壤表層主要污染物砷含量以污染源為中心向周圍擴散,縱向分布上由表層向深層遷移,污染源處土壤、周圍地區(qū)土壤、河道底質(zhì)中砷的平均濃度分別為603,20.4和22.5 mg/kg,而水體內(nèi)富集的金屬含量則較低。選擇典型電子廢物拆解場地作為分析對象,討論了區(qū)域內(nèi)土壤重金屬和特征有機污染物的污染問題。39個點位的分析結(jié)果表明,區(qū)域內(nèi)有個別點位重金屬超過標(biāo)準(zhǔn)限值,Sb、Cu比對照區(qū)域高出一倍,Cd高出10倍多。周邊土壤中TBBPA、 ∑7PBDEs、BDE-209的均值分別為2.46×10-3,1.36×103,0.130mg/kg, BDE-209占了總PBDEs的90%,其它7種BDE的總和不超過10%�；谏鲜鼋Y(jié)果,構(gòu)建由還原性污染物和氧化性污染物組成的電對燃料電池,探討了自產(chǎn)電的方式進行修復(fù)的可行性,在污染物修復(fù)的同時可節(jié)省能源的輸入,為污染物修復(fù)提供新的方式。論文選擇與上述研究發(fā)現(xiàn)的主要污染物類似的兩種物質(zhì),鉻渣土與雙酚A (BPA),通過架構(gòu)電對燃料電池,采用Ni/C作為陽極催化劑,利用電化學(xué)法去除污染物的同時進行產(chǎn)電,為污染物修復(fù)提供了新思路。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建K2Cr2O7-BPA電對燃料電池,當(dāng)陽極BPA過量時,最大開路電壓為0.84～0.92 V,在BPA濃度為88 mM時,經(jīng)過近25 h的工作,初始濃度為2.88 mM的Cr(Ⅵ)去除率為95%,體系中總產(chǎn)電量為12.9 C,陰極效率為91%。此電池體系選擇Cr(Ⅵ)過量時,最大開路電壓為1.05～1.08 V,最大功率密度為78.1 μW·cm-2,當(dāng)Cr(Ⅵ)濃度為100 mM時,經(jīng)過近36h的工作,初始濃度為4.4mM的BPA有效去除率為34%。進一步以鉻污染渣土作為實際污染物,模擬天然酸雨,通過動態(tài)淋洗方式獲得鉻渣土滲濾液,比較淋洗液、酸雨量、淋洗時間等對動態(tài)淋溶結(jié)果的影響。實驗將此滲濾液作為氧化劑用于構(gòu)建燃料電池,設(shè)計以尿素作為燃料注入電對燃料電池。通過電化學(xué)反應(yīng),Cr(Ⅵ)還原為低毒的Cr(Ⅲ),尿素氧化成無毒的C02和H20,較好地實現(xiàn)了同時產(chǎn)電及去除污染物的目的。當(dāng)尿素濃度為1.0M時,電池在負(fù)載985Ω電阻運行18h后,初始濃度為2.69 mM的鉻渣土滲濾液中的Cr(Ⅵ)的去除率可達96%,最大開路電壓可達1.56～1.59 V,最大功率密度為2.52 mW·cm-2。由此可見,基于電對燃料電池自產(chǎn)電的修復(fù)方式可同時實現(xiàn)從廢棄物中提取能源,有望成為一種新的研究熱點,應(yīng)用于土壤重金屬、有機物污染物的修復(fù)。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X833;X505

【參考文獻】

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本文編號：2703673