微波、超声强化H2O2氧化—淋洗联合修复铬污染场地技术研发

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随着工业、农业的迅猛发展,环境污染日益严重,土壤也不可避免的受到严重的污染,尤其是重金属对土壤的污染,不仅对公众的生命财产的安全构成直接威胁,也给经济发展和社会稳定带来极大的考验。近年来,重金属铬污染问题愈加凸显,其污染物在土壤中具残留时间长、隐蔽性强、毒性大等特点,且可通过食物链直接或间接危害人们的健康甚至生命,因此,针对铬污染场地的治理修复工作刻不容缓。本文以济南市某化工厂旧址的铬污染场土壤为研究对象,综合之前学者的部分研究成果,创新方法、改进技术,提出物理强化氧化-淋洗联合修复技术。其主要形式是辅以微波或超声强化H2O2氧化能力,并联合化学淋洗对铬污染场地进行治理修复。本文先对该区域受铬污染的四个场地进行基本理化性质分析,然后针对微波强化H2O2氧化-淋洗联合修复技术和超声强化H2O2氧化-淋洗联合修复技术分别设计单因素实验方案和正交优化实验方案,研究两项修复技术各因素(氧化剂浓度、超声时间、土液比、pH、微波时间、微波功率)对四个场地总铬去除率的影响,最终确定每项技术下各个场地的最佳治理方案,为实际工程应用提供数据参考,其主要研究结论如下:(1)通过对四个铬污染场地的土壤理化性质分析发现,四个场地土壤中铬含量严重超过国家土壤环境质量二级标准中的住宅用地标准(Cr全量≤400mg·kg-1),其单因子指数Pi值为16.66-24.26,属于重度污染。其中铬盐生产车间土壤中铬含量为8072.75 mg·kg-1,万吨铬盐生产车间土壤中铬含量为7283.75 mg·kg-1,东铬渣堆土壤中铬含量为9703.33 mg·kg-1,北部厂区土壤中铬含量为6665.87 mg·kg-1。且四个场地六价铬的含量也各不相同,其中铬盐生产车间土壤中六价铬含量为19.43 mg·kg-1,万吨铬盐生产车间土壤中六价铬含量为3.92 mg·kg-1,东铬渣堆土壤中六价铬含量为709.69 mg·kg-1,北部厂区土壤中六价铬含量为449.51 mg·kg-1,由此得知,前两个场地的铬污染物迁移活性很低,其在土壤中主要以三价铬的形式存在,而后两个场地铬污染物的迁移活性相对较高,危害大,但相对土壤中总铬的量只占很小比例。(2)超声强化H2O2氧化-淋洗联合修复技术单因素实验结果表明:在不同氧化剂浓度环节中,综合考虑去除率、成本以及安全性,四个场地在氧化剂浓度为3%时总铬的去除率均较为理想,其总铬去除率分别为2.74%、2.96%、12.85%、14.58%;在最佳氧化剂浓度下,在土液比为1:2时去除率效果比较理想,总铬去除率分别为3.67%、2.98%、16.22%、14.95%;在上述最佳条件下,超声时间为10 min时四个场地的总铬去除率效果较为理想,其总铬去除率分别为4.70%、2.98%、21.20%、19.94%;探索pH的影响环节中发现,四个场地的总铬去除率随pH的变化趋势也不相同,其中铬盐生产车间和万吨铬盐生产车间在pH=10时总铬去除率均较为理想,总铬去除率分别为9.76%、6.73%。而东铬渣堆和北部长度在pH=6时总铬去除率较为理想,分别为42.85%、47.58%。(3)超声强化H2O2氧化-淋洗联合修复技术正交优化实验结果表明:铬盐生产车间最佳修复方案为氧化剂浓度为3%、土液比为1:2、超声时间为10 min、pH为8,去除率为12.44%,费用为0.11元;万吨铬盐生产车间最佳修复方案为氧化剂浓度为3%、土液比为1:3、超声时间为15 min、pH为10,去除率为8.39%,费用为0.14元;东铬渣堆最佳修复方案:氧化剂浓度为5%、土液比为1:2、超声时间为5 min、pH为6,去除率为61.45%,费用为0.11元;北部厂区最佳修复方案为:氧化剂浓度为3%,土液比为1:2,超声时间为10 min,pH为8,去除率为57.67%,费用为0.11元。(4)微波强化H2O2氧化-淋洗联合修复技术单因素实验结果表明:微波环节中,探索不同氧化剂浓度的影响发现,四个场地(铬盐生产车间、万吨铬盐生产车间、东铬渣堆、北部厂区,顺序下同)在氧化剂浓度为7%时总铬的去除率均较为理想,且综合考虑去除率、成本以及安全性,总铬去除率分别为8.97%、13.29%、54.7%、62.46%;探索不同土液比对总铬去除率的影响环节中,在土液比为1:3时去除率效果比较理想,总铬去除率分别为15.70%、15.20%、62.22%、62.53%;微波功率对总铬去除率的影响,从经济效益的角度考虑,选择微波功率为600 W进行后续的实验,其总铬去除率分别为16.74%、16.24%、65.52%、67.76%;微波的辐照时间基本在辐照10 min左右,去除效果达到最佳,总铬去除率分别为17.06%、16.83%、75.55%、76.47%。pH对总铬去除率的影响较大,其中铬盐生产车间和万吨铬盐生产车间两个场地的最佳pH选为9,总铬的去除率分别为65.57%、51.68%;而东铬渣堆和北部厂区的最佳pH为7,总铬去除率分别为 79.40%、78.03%。(5)微波强化H2O2氧化-淋洗联合修复技术正交优化实验结果表明:铬盐生产车间最佳修复方案为:氧化剂浓度为9%、土液比为1:4、微波功率为600 W、微波辐照时间为10 min、pH为9,去除率为60.79%,费用为0.23元;万吨铬盐生产车间最佳修复方案为:氧化剂浓度为9%、土液比为1:4、微波功率为600 W、微波辐照时间为10 min、pH为9,去除率为53.66%,费用为0.23元;东铬渣堆最佳修复方案为:氧化剂浓度为7%、土液比为1:4、微波功率为800 W、微波辐照时间为10 min、pH为7,去除率为89.77%,费用为0.22元;北部厂区最佳修复方案为:氧化剂浓度为7%、土液比为1:4、微波功率为800 W、微波辐照时间为10 min、pH为7,去除率为83.53%,费用为0.22元。综上,依据实际情况,综合考虑,从治理成本和总铬去除率以及单因素实验、正交优化实验结果多角度分析,然后根据不同场地的理化性质和污染程度,有针对性的选择适宜每个场地的最佳修复方案。
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