水厂失效生物活性炭在铬污染土壤修复中的再利用_许展鹏.pdf
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1、净水技术,():许展鹏,陈卫,李聪聪,等 水厂失效生物活性炭在铬污染土壤修复中的再利用 净水技术,():,(),():水厂失效生物活性炭在铬污染土壤修复中的再利用许展鹏,陈 卫,李聪聪,冯昌龙,兰 童,刘 成(河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,江苏南京;河海大学环境学院,江苏南京)摘 要 土壤重金属 具有难降解、强迁移性、易在生物体内积累等特点,会对人体健康及自然环境造成极大危害。文章主要研究水厂失效生物活性炭(),通过分析 表面官能团丰度、亚甲基蓝值和碘值、表面形貌,以及对重铬酸钾溶液的分批吸附试验效果,来探讨 对 的吸附效能。同时,以土壤理化性质和 形态分布情况为指标,评
2、价和验证了 对 污染土壤的稳定效果,确定了最佳添加量。结果表明,对溶液中 的吸附性能良好,吸附过程符合 模型以及准二级动力学方程;经 处理后,污染土壤中可交换态 浓度显著降低,可氧化态和残渣态 含量大幅增加,土壤阳离子交换量()、均明显升高;在 掺入量为 的条件下,经过 的修复,土壤中 固定效果良好。固定土壤中 的机制主要包括离子交换、表面络合、沉淀作用等,但土壤修复过程对 价态的影响还有待进一步研究。关键词 失效生物活性炭 土壤修复 铬()吸附模型 吸附机制中图分类号:文献标识码:文章编号:():收稿日期 基金项目 国家水体污染控制与治理科技重大专项()作者简介 许展鹏(),男,硕士,研究方
3、向为饮用水深度处理,:。通信作者 陈卫(),女,教授,博士生导师,研究方向为城市饮用水安全保障,:。(),(,;,),(),;,(),;,()()臭氧生物活性炭()深度处理技术是当今世界饮用水深度处理技术的主流工艺,由于它集 氧化、吸附、生物降解和消毒于一体,对水中多种污染物具有良好的去除效果,已经成为最有前途的水处理方法之一。由于 在饮用水处理方面的效率和经济性,到目前为止,我国已有以上的地表水处理已使用该工艺,且其应用范围还在不断扩大。但目前,很多水厂中的 池运行时间都达到了 年以上,开始逐步进入到 的更换阶段,而这将产生大量需要进行安全处置的失效生物活性炭()。以江苏省水厂 工艺的应用情
4、况估算,每年就需要更换.万 左右的煤质活性炭(),折算为原煤量在 万 以上。水厂 的更换过程不仅需要较高的经济成本,同时也会产生大量的固废与碳排放,因而 的安全处置迫在眉睫。铬()是一种银色金属,在地壳中元素含量排名第,被广泛应用于采矿、电镀、制革、印染和冶金等行业。我国冶金和化工行业每年排放的含 废渣量约为 万,铬渣中的可溶性铬酸盐会随渗滤液 迁 移 到 土 壤 中。土 壤 中 的 主 要 有()和()两种形态,其中()的迁移性高、溶解性强,且毒性远远超过()。重金属 不易降解,容易在土壤和地下水中积累,从而在生物体内富集,通过食物链对人类健康构成严重威胁。因此,污染土壤修复与治理的相关研究
5、愈发重要,应当得到环境科学领域的广泛重视。目前已有的关于 去除水中或者土壤中重金属的研究大多着眼于改性,通过氧化处理提高表面酸性集团丰度,但这增添了经济成本,同时也与当前的“双碳”目标相违背。普通的 表面上酸性基团较少,去除重金属的效果并不理想,但在长期的 工艺过程中受到了 氧化、吸附和生物降解等复杂过程的影响,的表面性质发生了显著的变化。特别是 氧化的作用,显著增加了 表面的酸性官能团丰度,这可能对去除重金属有一定的帮助。将 作为修复 污染土壤的材料,不仅避免了大量固体废弃物的产生、降低碳排放,而且也使 工艺更加环保和可持续,为解决我国重金属污染问题提供了新思路。本研究以苏南地区应用 深度处
6、理工艺运行 年的 为对象,探究其修复 污染土壤的潜力。重点对 和原始 的、官能基团数量及性质、碘值和亚甲基蓝值等性质及差异进行对比分析,然后分别使用 和 对()溶液进行分批吸附试验,最后将 按照不同比例添加进配制好的 ()污染土壤之中,探究其对于土壤中 的有效性的影响以及可能的修复机制,为水厂 修复 污染土壤提供参考。材料与方法.试验材料 为苏南某水厂的 滤池更换下的旧炭,使用时间约为 年。为该水厂之前更换 时剩余的新炭,系煤质破碎炭。根据炭、砂密度不同,在 吸附柱上用上行水流将炭、砂分离。将分离得到的 洗净、烘干后采用四分法缩分,取 粉磨过 目筛得待测样品 用于测定 和表面官能团等指标,取
7、研磨过 目筛得待测样品 用于分批吸附试验和 污染土壤稳定化试验。土壤试样系自行配制,取自南京市郊,采样深度为土壤表层 。将采集的混合土样挑出根系及石砾等异物后,按四分法保留 左右,风干,用瓷制研钵研磨,过 目尼龙筛。根据土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)(),值.的条件下,除水田以外的其他土壤中()的风险筛选值为 ,因而向受试土壤中加入重铬酸钾溶液,风干后得到后续试验所需的 污染土壤,供试土壤部分理化性质如表 所示。表 供试土壤部分理化性质 指标数值总 ().值.土壤阳离子交换量()()总有机碳().理化性质分析 的理化指标及测定方法如表 所示。.溶液中()吸附试验为了验证 对(
8、)的吸附能力,将()的初始质量浓度分别设定为约.和.,进行吸附等温线试验。在一系列离心管净 水 技 术 ,表 理化指标及测定方法 测试项目及内容测定方法 表面 ()官能团分析 滴定法亚甲基蓝吸附值()煤质颗粒活性炭试验方法 亚甲蓝吸附值的测定(.)碘吸附值()煤质颗粒活性炭试验方法 碘吸附值的测定(.)表面形貌扫描电镜()中加入 质量浓度约为 和.的()溶液,分别向管内投加不同质量的 和(.和.),置于立式恒温生物摇床中,在保持温度为(.)、转速为 的条件下,振荡 。然后将样品取出离心、过滤,测试滤液中的()浓度。达到吸附平衡时,计算吸附容量。基于计算所得的吸附容量,分别用 吸附模型和 吸附模
9、型拟合吸附等温线。在一系列塑料离心管中加入 质量浓度约为.的()溶液,分别向每份样品中投加.此为()吸附等温线试验中吸附效果较好的 的投加量,放入摇床内,保持 。转速为 条件下振荡、后立刻取样,过滤后测定滤液中()的浓度。分别计算不同时间的平均吸附容量和吸附效率,并对 吸附()的动力学特性进行分析。.对 污染土壤修复试验称取 污染土壤若干份,分别添加、(相对于污染土壤的添加质量分数分别为、)的,与土壤充分混合后置于容积为 的花盆中,每个梯度设置 个平行样(分别记作、)。空白土壤样为添加重铬酸钾溶液前的土壤样本,不设置平行样。除空白样外,每个盆中放置 污染土壤,在花盆中以 的密度种植重金属指示植
10、物黑麦草,定期向盆栽里补充去离子水,保持土壤含水率在 左右,培养过程中保持足够的光照。以 为一个周期,进行土壤理化性质和 形态的分析,并且在培养结束后采集黑麦草植株,去除其上附着杂物,使用去离子水清洗,测定黑麦草根茎鲜重、干重以及植株中 含量。以土壤 变化、形态分布的变化来判定 对 污染土壤的修复效果。.重金属含量及土壤理化性质测定方法土壤 形态分析采用 连续提取法,溶液及提取液中 含量分析采用二苯碳酰二肼分光光度计法。结果与讨论.的理化性质通过对 与 的、表面官能团、碘吸附值和亚甲基蓝值以及表面形貌等进行比较,分析 相比于原始 而言的缺陷与不足,以及其再利用于吸附重金属的可能性。.和表面酸碱
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