發(fā)布時(shí)間：2017-12-14 11:14

  本文關(guān)鍵詞：強(qiáng)化電動(dòng)修復(fù)重金屬復(fù)合污染土壤研究

  更多相關(guān)文章： 土壤 重金屬 電動(dòng)修復(fù) 電極 輔助試劑 間歇供電

【摘要】：因礦業(yè)開采、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類活動(dòng),導(dǎo)致大量的重金屬進(jìn)入環(huán)境,造成嚴(yán)重的土壤污染問題,而且,大量重金屬污染土壤均是多金屬復(fù)合污染。土壤中的重金屬通過直接或者食物鏈等間接方式對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重威脅。因此,開展重金屬污染土壤修復(fù)研究具有重要意義。本文以人工污染的重金屬(鎘、銅、鎳、鉛和鋅)復(fù)合污染土壤為研究對象,采用電動(dòng)修復(fù)技術(shù),結(jié)合材料表征手段、重金屬存在形式模擬軟件以及能耗估算模型,分別探討電極材料、輔助試劑種類和濃度、供電方式等因素對重金屬去除效率、能量消耗和環(huán)境危害的影響。具體如下:(1)將碳納米管電極材料(PET-CNT)作為新型陰極材料用于電動(dòng)修復(fù)重金屬復(fù)合污染土壤,通過材料表征方法分析電極材料特征,并分析對電動(dòng)修復(fù)過程的影響。材料表征結(jié)果表明,PET-CNT材料表面包裹著大量的碳納米管,其碳納米管所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%;采用PET-CNT陰極顯著提高電動(dòng)修復(fù)過程中的電流和電滲流,降低土壤pH,從而提高重金屬的去除效率,其對Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的去除效率分別為89.7%、63.6%、90.7%、19.2%和88.7%,與石墨和Pt/Ti處理相比,Cd、Ni和Zn的去除效率提高30%以上,對Cu和Pb至少提高16.6%和6.9%。PET-CNT處理消耗較高的電能,材料成本高于石墨,卻顯著低于Pt/Ti。綜合考慮去除效率,能量消耗和電極材料成本,采用PET-CNT材料作為陰極進(jìn)行電動(dòng)修復(fù)重金屬污染的土壤是一個(gè)很好的選擇。(2)采用一組新型的輔助試劑(檸檬酸加氯化鈣),結(jié)合兩種組分的優(yōu)點(diǎn),用于電動(dòng)修復(fù)重金屬復(fù)合污染的土壤,并討論不同的組分濃度對重金屬去除效率和能耗的影響。結(jié)果表明,最優(yōu)電解液濃度為0.2 mol/L檸檬酸與0.05 mol/L氯化鈣,其重金屬鎘、銅、鎳、鉛和鋅的去除效率分別為98.19%、95.24%、98.95%、86.21%和99.01%,所消耗的電能為124.8 kWh/m3。與傳統(tǒng)的鹽酸或者檸檬酸相比,檸檬酸加氯化鈣處理具有較低的能耗,較小的環(huán)境危害和較高的去除效率,是一組非常具有應(yīng)用前景的電動(dòng)修復(fù)輔助試劑。(3)基于電動(dòng)修復(fù)中重金屬離子的離子遷移理論,構(gòu)建了一個(gè)簡單的用于近似估算電動(dòng)修復(fù)過程中去除每種離子所需電能的模型。用該模型估算電動(dòng)修復(fù)重金屬污染黑土?xí)r去除重金屬所消耗的電能。并與在相同的處理?xiàng)l件下(處理時(shí)間除外),從高嶺土中電動(dòng)去除相似濃度的重金屬所消耗的電能進(jìn)行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在兩種不同的土壤中去除相似濃度的重金屬所消耗的電能相近,因此我們推測該模型可以用于近似估算電動(dòng)修復(fù)過程中去除每種離子所消耗的電能。(4)采用間歇供電(12 h開/12 h關(guān)、6 h開/18 h關(guān))電動(dòng)修復(fù)重金屬復(fù)合污染黑土,調(diào)查其對重金屬去除效率,土壤中大量元素的消耗以及能量消耗的影響。結(jié)果表明,在所有的電動(dòng)修復(fù)處理中,重金屬的去除效率均超過80%。與持續(xù)供電相比,間歇供電顯著減小土壤中鐵的去除和電能消耗。能耗估算模型結(jié)果顯示,所有處理中去除鐵所消耗的電能超過電動(dòng)修復(fù)中總電能的40%,與持續(xù)供電相比,12 h開/12 h關(guān)間歇處理鐵所消耗的電能減小1264 kWh/m3,占該處理減小的總能耗的54.74%,可見,在間歇供電電動(dòng)修復(fù)處理中,減小鐵的去除所消耗的電能為間歇供電電動(dòng)修復(fù)節(jié)約電能做出重要貢獻(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X53

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1287684