【摘 要】
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底泥是有机污染物存储的重要介质,有机磷农药(Organophosphorus pesticides,OPs),多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)和有机氯农药(Organochlorine pesticides,OCPs)在底泥中长期存在,对生态环境和人类的健康造成了严重威胁。因此,有机污染底泥的修复迫在眉睫。本研究以人工配置的易降解的OPs污染底
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底泥是有机污染物存储的重要介质,有机磷农药(Organophosphorus pesticides,OPs),多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)和有机氯农药(Organochlorine pesticides,OCPs)在底泥中长期存在,对生态环境和人类的健康造成了严重威胁。因此,有机污染底泥的修复迫在眉睫。本研究以人工配置的易降解的OPs污染底泥以及难降解的PAHs和OCPs污染底泥为研究对象,分别采用土工布袋结合菌剂技术以及淋洗氧化技术对其进行了修复。探究了这两个技术修复不同污染类型底泥的作用规律以及其与污染物分子结构参数之间的关系,主要研究内容如下:(1)马拉硫磷、喹硫磷、二嗪磷和乐果在好氧菌群的作用下降解率分别为93.17%、93.78%、60.91%和78.11%;在厌氧菌群的作用下降解率分别为96.64%、92.13%、61.50%和83.34%。两类菌群对OPs的降解过程均符合一级动力学方程。4种OPs的量子化学参数:分子的最低空轨道能(ELUMO)、分子的最高占据轨道能(EHOMO)和两者的差值EGAP(EGAP=ELUMO-EHOMO)的计算结果提示,量子化学参数可能有助于从分子结构角度解释OPs在土工布袋内被微生物降解的难易程度。(2)在底泥与淋洗液的固液比为1:10的情况下,底泥中PAHs和OCPs污染物的淋洗去除率基本与淋洗剂浓度和淋洗时间成正比。对于底泥中的PAHs污染物,三种淋洗剂的去除能力依次为吐温-80溶液>乙醇溶液>羟丙基β-环糊精溶液;对于底泥中的OCPs污染物,其去除能力依次为乙醇溶液>吐温-80溶液>羟丙基β-环糊精溶液。考虑实际工程的可行性,确定底泥淋洗最佳工程方法为,底泥与淋洗剂固液比为1:10,淋洗剂为500 ml·L-1的乙醇溶液,淋洗时间为240min。Elovich方程可以很好地拟合三种淋洗剂对PAHs和OCPs从底泥中淋洗去除的动力学过程,相比于OCPs污染物,PAHs被淋洗剂淋洗去除的速率更快。(3)人工配置了乙醇淋洗废液,本研究发现H2O2在微压沸腾氧化条件下(温度=373K、压强=102.025k Pa),在60min内对15种PAHs和10种OCPs污染物的去除率分别达到99.11%和93.25%,高于其在压强=101.325 k Pa,温度分别为298K和323K的反应条件下对两类有机物的去除率。H2O2在微压沸腾条件下对有机物的去除速率也比在另外两个反应条件下更快。因此确定淋洗废液最佳工程方法为:100mmol·L-1的H2O2在微压沸腾氧化条件下对淋洗废液处理60 min。(4)建立了25种难降解有机物在三种反应条件下被H2O2氧化的反应动力学常数ln K与分子的18种量化参数以及反应温度和反应压强之间的模型方程,构建出最优QSAR模型ln K=-10.925+0.0275T-6.5752f(+)max-4.728f(-)max+27.7295f(-)min。该模型符合各项检验要求,具有良好的稳定性和预测能力。ln K与反应温度相关性最显著,相关系数为0.662。(5)估算土工布袋结合菌剂技术修复OPs污染底泥工程建设所需成本为38.66万元,按每天处理OPs污染底泥量40 m~3、年处理天数250 d计算,估算出工程的年运营费用为87.84万元。估算淋洗氧化技术修复有机污染底泥工程建设所需成本为56万元,按日处理有机污染底泥2 m~3、年处理天数250 d计算,估算出此工程方案的年运营成本为430.50万元。
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