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本文以六氯苯(Hexachlorobenzene,HCB)和重金属(锌和镍)复合污染沉积物为对象,并以增强HCB的修复效果从强化助剂的选择到电动力学(Electrokinetic,EK)小试规模再到中试规模进行了系统地研究,在研究过程考察了助剂在沉积物上的吸附解吸行为和Ek修复过程中沉积物理化性质的变化以及重金属的迁移情况,为EK技术原位修复疏水性有机物(Hydrophobic Organic Compounds,HOCs)和重金属复合污染沉积物的可行性提供信息。本文的主要结论有:
(1)在复合污染沉积物强化助剂的选择上,非离子型表面活性剂对HCB的增强解吸效果要优于环糊精,尤其是国产OP-10 显示了优越的增溶解吸能力,但后续实验考察OP-10在沉积物/水相体系中的分配行为发现,OP-10在沉积物上有较强的吸附(最大吸附量为46.3 mg/g),一部分吸附态的OP-10 在后续的水洗过程中会从沉积物上释放下来,同时带出一定量HCB;尽管环糊精对HCB的増溶解吸能力稍弱,但在沉积物上的吸附较小且对环境友好;综合两类助剂的特点,后续研究分别以OP-10和羟丙基-β-环糊精(Hydroxypropyl-β-cyclodextrin,HPCD)为助剂考察对EK小试的强化修复效果。对于重金属解吸而言,两类助剂的促进效果都不明显,但体系pH对重金属解吸影响较大。
(2)在Ek小试修复研究中,根据前期研究结果选用非离子表面活性剂(OP-10和乳化剂OP)及HPCD 为强化助剂并对两极液进行调节。实验结果表明,使用非离子表面活性剂强化Ek修复效果时,强烈的吸附作用造成助剂难以向污染沉积物中输送,最终导致HCB 迁移去除效果不明显;在靠近阴极区域腐殖质的迁移促进了HCB的迁移。HPCD 在电渗析作用下可以被顺利地输送至污染区域并将解吸下来的HCB随电渗析流发生迁移,沉积物中HCB 迁移效果较明显。重金属的迁移取决于沉积物pH 值,阴极液通过Hac 调节实验中发现,修复后沉积物pH 在4 以下,重金属迁移明显,如锌的去除率达到了57%;其他实验中由于沉积物碱化抑制了重金属的迁移。
(3)根据Ek小试实验结果选用HPCD 为助剂并通过控制两极液的pH以强化EK中试修复效果。中试修复100d后,沉积物整体范围的pH 都有上升,尤其是在底层靠近阴极区域最高pH值升至9以上;而沉积物中大部分区域的电导率值有明显的降低,靠近阴极区域的含水率也有明显的降低;所有区域的有机质含量均得到较大的增加,这与HPCD在1.15空隙体积的电渗析流作用下被顺利的输送至污染物区域有关。沉积物中HCB 从阳极向阴极发生了明显的迁移,但由于累积电渗析流较小没有取得明显迁移去除效果;重金属锌和镍的迁移趋势与HCB相类似,pH 上升导致的重金属沉淀阻碍了其迁移去除;处理后电能消耗为563kWh/m3。