电芬顿处理伴矿景天汁液初步研究

论文总字数：25347字

目 录

第一章、前言 4

1.1 土壤重金属污染及现状 4

1.2 土壤重金属污染的危害 5

1.3 重金属污染土壤修复技术 5

1.4 超积累植物的后处理现状 6

1.5 电芬顿技术 6

第二章、试验部分 7

2.1 试验材料 7

2.1.1 试验样品 7

2.1.2 试验试剂 7

2.1.3 实验仪器 8

2.2 试验步骤 8

2.2.1 伴矿景天含水率的测定 8

2.2.2 伴矿景天的前期处理 9

2.2.3 配置试剂 9

2.2.4 单因素实验 9

2.3 分析方法 9

2.3.1 汁液COD含量测定 9

2.3.2 重金属离子Cd、Zn含量的测定 10

第三章、试验结果与分析 10

3.1 试验现象 10

3.2 实验结果分析 10

3.2.1 伴矿景天含水率结果 10

3.2.2 溶液COD的标准曲线 10

3.2.3 pH对COD去除率的影响 11

3.2.4 电流密度对COD去除率的影响 12

3.2.5 H₂O₂投加量对COD去除率的影响 12

3.2.6 pH对Cd、Zn去除率的影响 13

3.3 电芬顿与电絮凝对比试验 14

第四章 总结与展望 15

4.1 总结 15

4.2 展望 16

参考文献...............................................17

致谢. 19

电芬顿法去除伴矿景天汁液中重金属和COD研究

李帅

，China

Abstract：Electron-Fenton process is used in this experiment, also the self-made simple device and DC power supply are utilized in it. Besides, sheet graphite and sheet iron are chose to be used as the cathode and the anode respectively. The effects of pH, current density and dosage of H₂O₂ on the removal efficiency of COD and heavy metals containing in sedum plumbizincicola juice were studied. At the same time, the effects of two methods which both can be applied in removing heavy metals in solution, Electron-Fenton process and Electro-Coagulation process, on the removal of COD and heavy metals were compared at same condition. The results show, firstly, that the pH need to be moderate when comes to the removal of COD. However, it is clear that the higher the pH, the higher the removal rate of heavy metals. Secondly, the COD removal rate rises with the increase of current density. Thirdly, the removal efficiency of COD keeps increasing with the increase of the dosage of H₂O₂ at the beginning, but then it appears downside when the dosage of H₂O₂ continuing increasing. Moreover, what we can discover by the contrast of Electron-Fenton process and Electron-Fenton process is that although Electron-Fenton process would waste some H₂O₂ , but it can ensure better removal rate of COD and metals. When pH is 5, current density is 20 mA / cm² and R is 2.3, the concentration of Cd and Zn decrease to 0.036 mg / L and 0.223 mg / L in the solution after 45 minutes of by Electron-Fenton process. Electron-Fenton process that can be greatly effected by current density, dosage of H₂O₂ and pH can oxide organic compounds and promote heavy metals to generate the precipitate. So, it is significantly meaningful that research the effects of these factors to the treatment of sedum plumbizincicola juice.

Key words：Heavy metal; sedum plumbizincicola; Electro- Fenton

第一章、前言

土壤重金属污染及现状

土壤是人类生产生活不可或缺的一部分，也是生态中的一个必不可少的因子。然而近年来，由于工业“三废”不合理排放、污水灌溉以及农药化肥的过度使用等人类活动的影响，使我国农田土壤的重金属污染问题^[1]越来越严重，农产品之中重金属元素超标问题频频出现。“2014年全国土壤污染物调查”中总污染物超标率达到16.1％，其中轻度、中度、重度污染物的比例分别为12.3％、2.4％和1.4％。土壤中的重金属污染不仅会使农田中的作物降低产量，质量下降，甚至威胁到人类健康和生命。由于缺乏合理的污染控制措施，农产品中的重金属，特别是镉（Cd）很容易超过国家质量检测标准。可以说，土壤重金属污染的修复工作^[2]到了不得不为的地步，已成为世界常见的环境问题，受到越来越多的关注。

目前对于金属的划分通常是根据金属的密度来进行的，具体分为重金属和轻金属两种。把密度大的40余种金属称为重金属，其中就包括Cu、Cd、Zn、Pb等目前土壤重金属污染的主要污染物。土壤中的重金属的主要原因包括四个方面：大气沉降、污水农灌、农用物质滥用以及固体废弃物的堆放及处置^[4]。大气沉降是我国土壤重金属污染的重要途径之一，主要来自与当地的工业污染、交通尾气排放和空运中大气污染物的沉降。例如，在北京、上海等大城市中，土壤重金属污染问题很可能是由于大量汽车尾气的排放，而其中的重金属元素就是通过大气沉降的方式进入土壤之中。污水农灌是指使用含有大量重金属的污水进行农业灌溉，污水中的重金属离子就会在农田土壤中沉积下来。由于我国水资源的缺乏尤其是北方地区，污水农灌问题一直都比较严重，例如北京、沈阳等地。农用物质的不合理使用是指由于农药、化肥以及粪便等常见农用物质的不合理施用，可能导致的农田重金属含量超标。固体废弃物不合理的堆放及处置也是土壤重金属的重要来源之一。固体废弃物中的重金属元素非常容易向外转移，向周围的土壤、水体中扩散，造成重金属污染。

土壤重金属污染的危害

土壤重金属污染造成的危害巨大，对生态安全和人类福祉造成了很大威胁^[5-6]。主要表现在对植物的危害、对土壤微生物与酶的危害以及对人体健康的危害等3个方面，土壤中过量的重金属对植物包括农作物产生一定的毒害作用，主要表现在过量的重金属会影响植物根茎长度、叶片面积、果实质量等一系列生理特征。土壤中的重金属也会对微生物活性和酶活性产生一定的影响^[7]，土壤酶可以被看作是一种生物催化剂，是直接反映土壤重金属污染程度的一个敏感性生物指标。土壤重金属同样会对人体健康造成很严重的危害，例如Cd会对人体的心血管、肾脏造成损害，Hg毒性很大，对于人体神经组织破坏极大，人体摄入微量的Hg就会导致中毒。

重金属污染土壤修复技术

常见的土壤重金属污染的修复^[8-9]措施主要包括工程施工、物理化学法、化学修复法以及生物法^[10]。工程施工^[11]主要以挖掘受污染的土壤、填埋新土方式为主，但这并不是一个可持续性的解决办法，只是把土壤重金属污染问题转移地区，因此工程施工法在土壤修复中的应用较少。而物化修复技术和化学修复技术包括物理固化、化学以及物理改良和淋洗等方法。植物修复技术和前者不同，主要涉及到植物对于土壤中重金属的吸收、植物的稳定以及植物的后处理。由于植物修复技术的优越性，目前植物修复技术得到了越来越多的关注，关于其的研究也比较多。由于受污染土地面积较大以及传统物理化学方法的局限性，所以在实际土壤修复过程中应用的不是很多，生物法尤其是利用超积累植物进行的吸取修复法以其费用低、不破坏土壤结构等特点，已经受到越来越多的关注。

伴矿景天^[17]是一种对土壤中重金属元素具有超积累作用的植物，具有生长速度快、生物量相对较大、重金属元素的吸收积累能力强的特点，通过连续种植或与水稻轮种的方式，伴矿景天可有效吸收取出土壤中的Cd、Zn等重金属元素，在修复重金属污染农田土壤方面具备巨大潜能。

超积累植物的后处理现状

目前针对超积累植物的后处理主要方法^[18]大致分为两种，一种是将修复植物作为垃圾或危险废弃物加以处置，其中包括焚烧法、堆肥法、压缩填埋法、高温分解法等。而另一种是将这些植物加以综合利用，包括植物冶金、药用植物等。目前对于处理收获后伴矿景天的方法主要有直接填埋、高温分解、化学萃取、植物冶金、焚烧法、灰化法、压缩填埋法等，这些方法之中使用最多的方法是焚烧法。实际应用过程中，收获后伴矿景天鲜样含水量较高，在安全焚烧处置之前，需要进行干燥处理，常规的方法是自然晾晒，而这种方式需要大量场地，周期也较长。将伴矿景天鲜样切碎、压榨，脱出部分水分后，残渣体积大大减少，而且晾晒周期也大大缩短，但随之产生的汁液含有大量的重金属如Cd、Pb、Zn、Cu等和有机污染物，部分重金属离子还会和汁液中有机物生成可溶性螯合物，不能直接排放，需要进行降低COD和絮凝重金属离子处理。

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