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表面活性剂淋洗修复苯胺污染土壤的环境工程实验研究

时间:2018-09-26 22:24来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇环境工程论文,环境工程同生物学中的生态学、医学中的环境卫生学和环境医学,以及环境物理学和环境化学有关。由于环境工程处在初创阶段,学科的领域还在发展。
本文是一篇环境工程论文,环境工程同生物学中的生态学、医学中的环境卫生学和环境医学,以及环境物理学和环境化学有关。由于环境工程处在初创阶段,学科的领域还在发展,但其核心是环境污染源的治理。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇环境工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪论
 
1.1 苯胺的基本特征和应用
1.1.1 苯胺的基本性质
苯胺是最简单的一级芳香族化合物,别名阿尼林或者苯胺油。苯胺的分子式为 C6H7N,相对分子质量为 93.128,与水的相对密度为 1.02(20/4℃)。常温时苯胺为无色透明的油状液体,在空气或阳光下暴露易变为棕色,稍溶于水,25℃时在水中的溶解度为 3.5g/100g/25℃,易溶于甲醇等有机溶剂,加热至 370℃分解(孙红丽,2010)。苯胺呈碱性,高热条件下或遇明火时可以燃烧,可以和盐酸等酸类物质化合生成相应的盐类物质,也可以同氧化物发生剧烈的化学反应,与硝酸、过氧化钾、臭氧等物质不能共存(Kearney P C,1975)。苯胺有毒。表现为(1)影响人体代谢,可以经过人和动物的消化道、呼吸道和暴露的皮肤而进入体内,引起恶心、呕吐及腹泻等症状;(2)急性毒性,可导致高铁血红蛋白败血症,抑制中枢神经系统,导致呼吸困难甚至昏迷,严重时造成死亡;(3)慢性毒性,长期接触苯胺会对眼睛造成化学性结膜炎及角膜损害,也会导致高铁血红蛋白增加,损害肝、脾及肾等内脏器官;(4)致癌性,美国环保署的动物实验表明,苯胺可能引发肿瘤和癌症的发生(EPA,1994)。世界卫生组织(WHO)国际癌症研究机构将苯胺归为公布的致癌物清单中第Ⅲ类致癌物质,即对人类有致癌可疑性,还未有充分的人体和动物数据。(IARC,1987)
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1.2 苯胺污染土壤
 
1.2.1 土壤苯胺污染的来源与危害
苯胺污染土壤原因主要由于工业不合理排放和生产运输过程中的意外泄露。一方面,化工企业将含有苯胺的生产废物不合理排放到环境中,造成污染,主要途径有:(1)废水排放到环境中对环境直接造成污染;(2)废渣经雨水淋洗、空气氧化、生物作用等影响,使苯胺直接或间接进入水体或土壤中,造成污染;(3)废气排放至大气中经干、湿沉降最终进入水体或者土壤环境中。另一方面,企业的管理不到位导致苯胺生产和运输过程中发生的意外泄露事件,突发性强,污染强度高,危害大。据相关统计,全球每年以各种方式进入环境中的苯胺超 3 万吨(王金玉,2014),有报道美国纽约某河流附近土壤苯胺检测值高达 5mg/kg(EPA,1994),在加拿大一些工业区的地表水检测到苯胺浓度高达 300mg/L(CHE,1991);近年来我国国内也发生多起苯胺污染事件,2005 年吉林某石化公司发生苯胺污染事故,造成松花江污染事件;2008 年大连发生的苯胺泄漏事故,造成污染;2009 年吉林某化工发生泄漏事故;2012 年山西某化工集团发生的一起突发性苯胺泄漏事故,38.7 吨苯胺泄漏,造成浊漳河严重污染;2013 年河北沧县由苯胺污染引起的“红色井水”事件等。苯胺的不合理排放对环境影响较大,进入环境后很难被降解,在土壤中存在时间较长,造成区域土壤、地下水环境污染,但是由于具有较弱的生物富集性,苯胺不易在生物体中富集(孙红丽,2010),然而有机物对生物毒害性体现在其分子态所占比(Bium D J W,1990),苯胺因其分子状态的占比较高,受到苯胺污染的土壤环境可以严重的影响到生物体的正常代谢,其对微生物的生存有着强烈的抑制作用,影响动物和植物的正常生长,严重危害到人类的健康。苯胺因其对环境和人体的危害性而被 USEPA 列为 129 种优先控制的污染物之一,同时也被我国列入 14 类环境优先控制污染物的黑名单(李岩,2007)。
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第 2 章 实验材料与方法
 
2.1 实验土壤及其理化性质
2.1.1 实验土壤的来源与预处理
因污染场地采集回来的土壤样品成分复杂,且污染浓度较小,含量不均,不利于进行对实验与比分析,因此采取实验室配制污染土壤来进行实验。挖取中国地质大学(北京)校园内 0~20cm 的地表层土壤,除去杂物,室内风干一周后过20 目筛保存备用。
 
2.1.2 实验土壤的理化性质
采用相应的国标方法测定备用土壤的各项理化性质,测定结果见表 2-1,根据 GBJ145-90《土的分类标准》,土壤粒径在 0.075mm<d≤2mm 为砂粒,005mm<d≤0.075mm 为粉粒,d≤0.005mm 为粘粒。重铬酸钾法测定土壤的有机质含量,电位法测定土壤 pH,乙酸铵交换法测定土壤的阳离子交换量,比重法测定土壤的颗粒组成。
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2.2 污染土壤的制备与苯胺测试方法
将备用土壤研磨,过 60 目筛待用。准确称量 5g 苯胺分别溶于 200mL 甲醇中,称取土壤样品 1000g,将苯胺的甲醇溶液加入土壤样品中,用玻璃棒不断搅拌充分混合均匀,之后将其置于通风橱至甲醇挥发尽。将污染土样密封保存于棕色瓶中,供实验用。配置的污染土样苯胺浓度为 5000mg/kg。苯胺污染土壤样品中,苯胺的提取和测定参照 USEPA 方法 3550B,采用超声提取技术提取土壤中的有机物苯胺,该技术具有提取耗时短、有机物的提取效率较高的特点。(1)土壤样品中苯胺含量测定:准确称取 1g 人工污染的土壤样品于 50mL离心管中,加入 50mL 甲醇充分混合震荡,避光密封,25℃条件下超声萃取一个小时,降至室温后,置于离心机调转速为 4000r/min,室温离心 20min,取上清液置于棕色小瓶中,加盖,利用液相色谱的方法测定萃取液中苯胺的浓度。重复做 3 组平行样品,取平均值。浓度与溶液体积相乘即可得到土壤样品中苯胺的含量。(2)苯胺污染土壤回收率分析:通过(1)中的方法,得到 1g 污染土样中苯胺的最大提取量,设为Amg;实验配制的污染土壤中苯胺的真实含量为5mg/g;计算其回收率为(A/5)×100%。苯胺在土壤中的存在方式比较复杂,方法(1)中甲醇作萃取剂提取苯胺的方法,可能对以残余饱和相等难以提取的状态提取不完全,加上实验过程中的误差,因此有必要测定回收率,绝对回收率大于 50%时才符合分析方法标准的要求。
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第 3 章表面活性剂的选择.........20
3.1 表面活性剂的初选.......20
3.2 单一表面活性剂的增溶实验...........21
3.2.1 实验方法............21
3.2.2 表面活性剂浓度对苯胺增溶效果的影响..........22
3.2.3 温度对苯胺增溶效果的影响..........24
3.3 小结 ..........25
第 4 章震荡淋洗实验.......26
4.1 实验方法.............26
4.2 单一表面活性剂浓度对去除效果的影响...........27
4.3 震荡温度对去除效果的影响...........29
4.4 液固比对去除效果的影响.....30
4.5 震荡时间对去除效果的影响...........31
4.6 小结 ..........32
第 5 章土柱淋洗实验.......34
5.1 实验设计与土柱装填.............34
5.2 连续土柱淋洗实验.......35
5.3 间歇淋洗土柱实验.......43
5.4 小结 ..........48
 
第 5 章 土柱淋洗实验
 
土柱淋洗修复既可以原位也可以异位。本章实验设计主要针对柱淋洗过程中探究淋洗液流速、表面活性剂浓度等对苯胺去除率的影响。
 
5.1 实验设计与土柱装填
 
5.1.1 实验装置
本实验采用的土柱淋洗装置如图 5-1 所示。柱体高 200mm,内径为 40mm,玻璃瓶、蠕动泵、有机玻璃柱与取样器依次连接,蠕动泵调节流量,土柱采取下进水方式,淋洗液于玻璃柱上口流出收集。土柱装填之前先用砂纸将玻璃柱内壁打磨光滑,目的是防止偏流现象的发生。装填土柱时先在柱子底端铺两层 250 目的尼龙网,之后填加 3cm 高度的石英砂,石英砂的上端再铺一层尼龙网,尼龙网起到均匀布水和固定的作用。接着向柱子里填装苯胺浓度为5mg/g的污染土,填装的时候分14次,每次装20g压实到1.5cm左右,装填土壤重量 280g,接着在土壤上端铺上一层尼龙网,在最上层同样铺3cm 石英砂固定,最后在石英砂的上端再铺一层尼龙网,防止淋洗过程中土壤的流出,造成出口堵塞,保证土柱及时排水。利用饱水法计算出土柱的孔隙体积1pv 约为 80 mL。
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结论
 
随着经济社会的高速发展,苯胺污染土壤问题的日益突出,其经济有效的修复技术备受关注。本文对苯胺污染土壤的表面活性剂淋洗方法做了三部分研究,初步选择了LAS、MES、TWeen80、APG这四种表面活性剂,并研究其对苯胺的增溶作用,综合选择LAS与APG两种表面活性剂进行高强度苯胺污染土壤的震荡淋洗实验与土柱淋洗实验。与清水淋洗做对比,考察分析了表面活性剂浓度、震荡温度、液固比、震荡时间四个因素对震荡淋洗效果的影响;淋洗液流速、表面活性剂浓度、间歇时间三个因素对土柱淋洗效果的影响。具体研究结论如下:
(1)LAS、MES、TWeen80、APG 对苯胺均有一定的增溶效果,增溶能力为:APG>Tween80>LAS>MES,非离子表面活性剂的增溶能力整体优于阴离子表面活性剂,临界胶束浓度较低的增溶效果较好。四种表面活性剂对苯胺的增溶的最佳温度范围在 40~45℃,且阴离子表面活性剂的增溶效果受温度变化的影响小。
(2)表面活性剂震荡淋洗实验的最优条件为:清水淋洗,震荡温度45℃~55℃,液固比 30:1,震荡时间 1h;LAS 淋洗,表面活性剂浓度 1g/L,震荡温度 55℃,液固比 20:1,震荡时间 1.5h;APG 淋洗,表面活性剂浓度 0.5g/L,震荡温度 45℃,液固比 20:1,震荡时间 1h。实验选定范围内,震荡淋洗效果为清水>LAS>APG,清水最高去除率 93.7%,LAS 对苯胺的最高去除率 86.5%,APG对苯胺的最高去除率 85.3%。
(3)表面活性剂土柱淋洗实验的最优条件为:清水连续淋洗最佳淋洗液流速为 1mL/min;表面活性剂 LAS 连续淋洗最佳淋洗液流速 0.5mL/min,浓度为0.5g/L;表面活性剂 APG 连续淋洗最佳淋洗液流速 1mL/min,浓度为 1g/L。淋洗效果的大小顺序为:清水>LAS>APG。清水间歇淋洗的最佳间歇时间为 8h~12h,最佳淋洗效率为 96.97%,较连续淋洗提高了 5.21 个百分点。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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