过硫酸钠氧化法对场地土壤中DDTs的化学降解研究

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随着我国城镇化的进一步深入发展,产业结构调整,大量被淘汰的有机氯农药厂被关闭和搬迁,这些农药厂原址的土壤往往受到高浓度有机氯农药污染。高浓度有机氯农药污染场地的存在威胁着城市生态环境和周围居民的健康,阻碍城市发展建设,使得我国建设“美丽中国”宏伟目标面临重大挑战,有机氯污染场地亟需进行修复。然而我国土壤修复行业刚刚起步,修复技术与设备不够完善,研发拥有自主知识产权的修复技术是解决场地土壤污染问题的关键。  本文从化学修复法出发,重点研究应用活化过硫酸钠氧化法修复DDTs污染场地土壤的可行性。分析反应时间、初始pH值、Fe2+/Na2S2O8摩尔浓度比值、氧化剂浓度和螯合剂使用对Fe2+离子活化过硫酸钠氧化去除土壤中DDTs能力的影响,筛选出Fe2+离子活化过硫酸钠去除土壤中DDTs的最优反应条件;比较热活化、H2O2活化和碱活化与Fe2+离子活化过硫酸钠的修复能力的强弱,筛选最优活化方式与反应条件;再通过与其他氧化剂进行比较,探讨活化过硫酸钠的优劣之处。还研究了不同矿物、不同污染土壤类型与过硫酸钠的相互作用,探讨土壤组分对过硫酸钠去除目标污染物的影响,最后综合评价过硫酸钠修复DDTs污染土壤的可行性,得出的主要结果与结论如下:  (1) Fe2+离子活化过硫酸钠在中性及酸性条件下都能很好的去除DDTs。Fe2+离子活化过硫酸钠的Fe2+/Na2S2O8摩尔浓度比值最优为1/20。在酸性条件下,过量Fe2+离子会明显降低过硫酸钠氧化DDTs的去除率,而中性条件过量的Fe2+离子不会降低DDTs的去除率。以此最优比值在pH3.2条件下实验得到最高DDTs去除率约为90%。pH7.7时活化过硫酸钠对DDTs的最高去除率约为83%。  (2)热活化过硫酸钠修复吴江污染土壤的最佳条件为温度55℃,0.1 mol/L过硫酸钠,此时DDTs的去除率约为90%。本实验研究中碱活化和H2O2活化过硫酸钠修复吴江污染土最高DDTs去除率分别为:21%和22%,此时NaOH/Na2S2O8和Na2S2O8/H2O2的摩尔浓度比值均为1∶1。在同一过硫酸钠浓度水平,四种活化方式去除DDTs的能力由大到小顺序为:热活化>Fe2+离子活化>H2O2活化≈碱活化。  (3) pH3.2条件下,Fe2+离子活化过硫酸钠、过硫酸钠、Fenton试剂、双氧化剂(Fe2+、Na2S2O8和H2O2的混合体系)和高锰酸钾浓度与DDTs去除率存在良好的线性关系,而H2O2几乎不能去除土壤中DDTs。不同氧化剂对DDTs的去除能力由大到小的顺序为Fe2+离子活化过硫酸钠>过硫酸钠>Fenton试剂>双氧化剂>高锰酸钾>H2O2,得到的最高去除率分别约为:90%、67%、40%、36%、30%和5%。活化过硫酸钠对四种DDTs同系物都能很好的去除。  (4)在酸性和中性条件下,磁铁矿、赤铁矿都能够提高过硫酸钠氧化吴江污染土壤中DDTs的去除率,而零价铁、菱铁矿抑制过硫酸钠氧化土壤中DDTs。而在高岭土体系中,过硫酸钠必须添加催化剂才能去除DDTs。在高岭土体系中,磁铁矿、菱铁矿和零价铁能够催化过硫酸钠去除DDTs,不同条件硫酸钠去除DDTs能力由大到小顺序为:零价铁>菱铁矿≈磁铁矿>赤铁矿≈无矿物。在两种土壤体系中铁矿物均不能催化H2O2去除DDTs,只有零价铁在酸性条件下能催化H2O2去除DDTs。  (5)除砖红壤外,Fe2+离子活化过硫酸钠能有效去除江苏吴江土、黄棕壤和红壤中DDTs。而热活化过硫酸钠能有效去除江苏吴江土和红壤污染土中的DDTs,却几乎不能去除黄棕壤和砖红壤中的DDTs。利用偏最小二乘法分析后发现土壤组分对过硫酸钠去除DDTs的主要影响因子包括有机碳、氧化铁和游离氧化铁,并且当反应条件改变,主要影响因素也会改变。当土壤组分相似时,过硫酸钠氧化土壤中DDTs的能力一致。  (6)经GC-MS检测发现活化过硫酸钠氧化后DDTs的峰基本消失,产物中有苯乙烷,而没有发现其他产物,说明热活化过硫酸钠能有效降解DDTs。  
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