柠檬酸温和淋洗联合循环淋洗工艺修复铀尾矿污染农田土壤

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本文对江西省抚州市某铀尾矿周边铀污染土壤采用柠檬酸联合吸附材料温和循环淋洗修复。实验通过设计独特的循环淋洗装置,以柠檬酸作为温和淋洗剂,在p H=4与p H=5的温和环境下对供试土壤进行化学循环淋洗。方法以土壤环境质量与结构功能不被破坏为前提,降低淋洗剂投加量,提升化学淋洗效率。实验采用不同的离子交换树脂及铀酰离子印迹材料作为循环淋洗系统的中间固定剂,保证循环淋洗液始终处于低金属元素含量水平,避免淋洗液二次污染土壤问题。实验采用土壤重金属逐级化提取实验,检测淋洗前后土壤中铀元素形态分布。利用SEM-EDS、XRD对修复前后土壤进行表征。本论文主要研究结论如下:(1)采用温和循环淋洗修复方式对铀污染土壤进行化学淋洗修复,实验使用1.8 L,10 g/L与15 g/L柠檬酸作为淋洗剂,最佳淋洗效率接近96%。相比常规柠檬酸化学淋洗修复土壤技术,该方法保证了土壤环境质量不被破坏,提升淋洗效率,并具备成本低廉的优势。(2)通过设计一种新型的淋洗装置,将淋洗柱与吸附塔串联,通过蠕动泵提供循环淋洗装置的动力来源,构建一个封闭型的循环淋洗系统。通过向系统中投入固定量的淋洗剂使其在系统中重复循环,并利用吸附塔对淋洗剂中铀元素进行回收,使得再次进入土壤中的淋洗剂重新获得淋洗效果。从装置结构上看,循环淋洗装置相比于常规的淋洗装置具备独特的密闭性,可提升淋洗剂在淋洗系统中的流动速度,进而提升装置的淋洗效率。从二次污染角度上看,循环淋洗装置通过将淋洗柱与吸附塔串联,淋出液不再是含有大量重金属元素的混合废液,可以再次作为淋洗液投入使用。从循环淋洗装置所带来的的经济效应上看,循环淋洗装置相比于常规淋洗装置可以大幅降低淋洗剂的投入量,降低了淋洗工作中的经济成本。(3)柠檬酸联合两种离子树脂的循环淋洗系统中,可有效降低循环淋洗液中各种金属元素浓度。实验发现:在p H=4时,淋洗柱串联两种离子交换树脂对土壤中铀元素可达到良好的固定效果,土壤中铀元素去除率为95.47%;在p H=5时供试土壤中,串联两种离子交换树脂对土壤中铀去除率可达到73.93%。通过对土壤的一系列的表征分析,土壤晶体结构几乎没有发生破坏,淋洗后土壤中放射性金属铀元素形态更多向稳定的残渣态转化。柠檬酸联合两种交换树脂循环淋洗铀污染土壤实验说明该方法可以有效固定土壤中铀元素并降低修复后土壤中铀元素的析出,但会出现淋洗过程中会伴有大量常规金属元素的洗出的现象。(4)实验制备了铀酰离子印迹材料,该材料具有独特的空间结构,可以进行选择性识别吸附铀元素。材料具备良好的解吸性能,提升了材料的可重复利用性。同时印迹材料在柠檬酸p H环境为2~5之间对铀的吸附效率均可达到70%以上。因此,铀酰离子印迹材料可以完美适配柠檬酸温和循环淋洗系统。实验发现在使用铀酰离子印迹材料作为循环淋洗系统中间固定剂时,对铀污染土壤中铀的化学淋洗效率为89.92%,土壤中常规金属元素洗出量存在不同程度的减少,平均洗出量减少约10%。实验验证了柠檬酸作为温和淋洗剂参与化学淋洗修复铀污染土壤的可行性,通过设计循环淋洗装置保证了化学循环淋洗实验对土壤中铀元素的淋洗效率,并降低淋洗成本。实验在弱酸环境下进行,确保了土壤环境在该方法下的安全性。通过离子印迹材料对淋洗液中金属元素进行选择性吸附,降低了土壤中常规金属元素的洗出,进一步提升修复后土壤环境质量。
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