有机污染土壤的脉冲放电等离子体修复及优化研究

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随着城市工业化进程的加快,环境污染问题日益严重,其中土壤污染问题的严重性已经不容忽视。本论文研究针对土壤污染中部分有机污染土壤难修复的特点,采用脉冲放电等离子体技术处理模拟有机污染土壤。研究首先建立了多针-网电极形式的脉冲放电等离子体发生体系,选取土壤中的典型有机污染物芘和对硝基酚作为目标污染物,形成有机污染土壤的脉冲放电修复体系,考察脉冲放电等离子体对目标物污染土壤的修复效果,证明了脉冲放电等离子体用于有机污染土壤修复的可行性,并在初步探究影响修复效果关键因素的基础之上,考察了重金属离子Cr6+及粘土矿物添加对系统中有机物修复效果的影响。主要工作及研究成果如下:  (1)设计了七针-网电极形式的脉冲放电等离子体发生装置,建立了相应的针对芘污染土壤的修复体系,考察了等离子体作用时间、芘浓度、土壤湿度、土壤pH等参数以及Cr6+离子添加对芘污染土壤修复效果的影响规律。结果表明:在实验考查的参数范围内,综合考虑不同参数条件下芘的去除率和系统能量消耗,得出60 min是较优的放电作用时长,芘的去除率可达56.9%;芘初始浓度越大,去除率越低,但去除量增加;10%的土壤湿度对处理效果最有利;土壤初始状态的pH条件(约为6)相比pH=4和pH=9的土壤pH条件更有利于脉冲放电体系中芘污染土壤的修复;重金属Cr6+的加入,对系统降解芘的提升作用明显,同时系统对Cr6+还有一定程度的还原作用。  (2)在(1)研究的基础之上,建立了脉冲放电等离子体与粘土矿物(高岭土)相联合的芘污染土壤修复体系,围绕联合修复体系中粘土添加量、粘土吸附时间、土壤pH、土壤湿度、芘浓度以及Cr6+离子添加等因素,对联合修复体系中芘降解效果的影响规律进行研究。研究结果表明:所建立的芘污染土壤联合修复体系中,粘土添加量的增加,可以提高芘的降解效果;粘土矿物添加后的作用效果与其作用时间不成正比关系,3天的吸附时间条件下土壤的修复效果较好;5%的土壤湿度下芘的降解率较15%土壤湿度下的高31.5%,说明土壤湿度的增加不利于联合修复体系的降解效果的提高;pH=6时的弱酸性条件同样更有利于芘的降解;污染物浓度由100 mg/kg提高到300 mg/kg,修复体系中芘的去除量增加,但去除率降低,其中添加粘土的修复体系中,100 mg/kg土壤芘的降解率可达85.2%; Cr6+离子添加可以联合修复体系的基础上继续提升芘的去除率。  (3)建立了脉冲放电等离子体对对硝基酚污染土壤的修复体系,分析了主要影响因素。研究结果表明:在实验考查的参数范围内,60 min是较优的放电作用时长,去除率可达77.5%;对硝基酚初始浓度越大,去除率越低,但去除量增加;在碱性土壤条件下,系统对对硝基酚的去除率明显高于酸性土壤,pH=10时,去除率可达91.9%;重金属Cr6+的加入,对系统降解对硝基酚的提升作用明显;粘土矿物添加后的作用效果与其作用时间不成正比关系,1天的吸附时间条件下土壤的修复效果较好。
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