零價(jià)鐵去除三氯乙烯及四氯乙烯對比實(shí)驗研究

第33卷，第6期環(huán)純神學(xué)與技術(shù)Vol. 33 No.62010年6月Environmental Science & TechnologyJune 2010零價(jià)鐵去除三氯乙烯及四氯乙烯對比實(shí)驗研究李?；▅2，單愛(ài)琴'， 蔡靜'，黃媛媛'(1.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院; 2.江蘇省資源環(huán)境信息 工程重點(diǎn)實(shí)驗室中國礦業(yè)大學(xué),江蘇徐州221008)摘要:文章以三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)為目標污染物 ,采用批實(shí)驗方法,研究零價(jià)鐵的純度粒徑、投加量對零價(jià)鐵去除氯代烴的影響,同時(shí)分析TCE.PCE兩種污染物共存對零價(jià)鐵去除TCE和PCE的影響。實(shí)驗結果表明:(1)在實(shí)驗范圍內,零價(jià)鐵的純度越高,粒徑越小,投加量越大,零價(jià)鐵對TCE和PCE的去除效果越好;(2)零價(jià)鐵對四氯乙烯的去除效果比對三氯乙烯的去除效果好;(3)三氧乙烯、四氣乙烯共存時(shí)會(huì )相互競爭與零價(jià)鐵的反應位點(diǎn),從而降低各組分的去除效率。關(guān)鍵詞:三氯乙烯;四氯乙烯; 零價(jià)鐵; 還原脫氯中圖分類(lèi)號:X52文獻標志碼:A doi: 10396/jiss.1003- 6504.2010.06.030文 章編號: 1003- -6504(2010)06 -0130- -03Removal of TCE and PCE by Zero- valent IronLI Hai- -hual2，SHAN Ai- -qin'，CAI Jing'，HUANG Yuan- -yuan'(1.College of Environmental Spatial Infomatics, China University of Mining Technology; 2Jiangsu Key Laboratory ofResources and Environmental Information Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 210080 China)Abstract: A bench-scale experiment was conducted to examine removal of chlorinated bydrocarbons, e.g, trichloroethylene(TCE) and tetrachloroethylene (PCE) from water by zero -valent iron. The result indicates that zero- -valent iron with purerquality and smaller particle size brings about better removals of TCE and PCE and dosage of zero -valent iron is alsoproportional to the removals. Zero-valent iron s removal of TCE is better than that of PCE. When both TCE and PCE co-exist inthe solution the removals decline due to the compeitiveness with each other as to the reaction sites of the iron particles surface.Key words: trichloroethylene (TCE);tetrachloroethylene (PCE);zero- -valent iron;reductive dechlorination目前很多國家和地區的地下水和地表水都受到1.1.1實(shí)驗藥品三氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯等氯代烴的污染!-2。由(1)還原鐵粉(純度為98%),純度為84%(20~40于氯代烴類(lèi)具有很大的生物毒性,是“三致”物質(zhì),并目)和92%(20~40目和40~60目)的鐵粉;(2)三氯乙且在飲用水消毒過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生副產(chǎn)物，影響人類(lèi)健烯(TCE)分析純,四氯乙烯(PCE)分析純;(3)甲醇(高康,所以水體中氯代有機物的污染和治理是一個(gè)全球效液相色譜純)。關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。20 世紀80年代，美國科學(xué)家1.1.2實(shí)驗儀器Sweeny!首次報道了用零價(jià)鐵還原氯代脂肪烴的稀溶(1 )恒溫調速搖瓶柜;(2 )6890N自動(dòng)頂空進(jìn)樣氣液，1992年,Gillham和0' Hannesin"又提出地下水原相色譜儀(安捷倫)。位修復的零價(jià)鐵技術(shù),為含氣有機污染物的處理提供1.2實(shí)驗及分析方 法了- -種新的途徑。目前,零價(jià)鐵還原降解有機氯污染1.2.1實(shí)驗方法物已經(jīng)成為一-個(gè)國內外廣泛關(guān)注的研究領(lǐng)域回。鑒于氯代烴污染地下水和土壤將可能帶來(lái)的生態(tài)在批實(shí)驗中,稱(chēng)取一定質(zhì)量的零價(jià)鐵于細口玻璃危害,本論文選用三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)作瓶中,加入已配制好的反應介質(zhì)和- -定量的目標污染為目標污染物,通過(guò)批實(shí)驗的方法,尋求零價(jià)鐵去除三物，注滿(mǎn)溶液后立即用帶聚四氟乙烯膜的鋁蓋封口。氯乙烯、四氯乙烯的最佳實(shí)驗條件,研究的結果將為氯將培養瓶放入搖瓶柜中恒溫振蕩培養，溫度為25C,轉速為110 r/min,每隔一定的時(shí)間取樣測定。代烴污染的場(chǎng)地修復技術(shù)提供重要的理論基礎。1.2.2分析方法1實(shí)驗材料與方法本實(shí)驗中三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)的濃1.1實(shí)驗材料度用中國煤化工譜法進(jìn)行測定。收稿日期:2009 05- 03;修回2009 0630YHCNMHG基金項目:江蘇省自然科學(xué)基金( BK2008134)作者簡(jiǎn)介:李?；? 1983- ),女,碩上:在讀,研究方向為水化學(xué)處理.(手機)13852481413(電子信箱)uaipray@ 163.com。第6期李?；?等零價(jià)鐵去除三氯乙烯及 四氯乙烯對比實(shí)驗研究1312實(shí)驗結果與分析目的零價(jià)鐵對三氯乙烯、四氯乙烯的去除效果隨時(shí)間的變化趨勢。由圖2可知,在相同的反應條件下，10天后,2.1零價(jià)鐵純度對零價(jià)鐵去除氯代脂肪烴的影響20-~40目、40-60目的零價(jià)鐵對三氯乙烯的去除率分別圖1~2分別是不同純度的樣品中三氯乙烯、四氯為72.4% 、78.2%，對四氯乙烯的去除率分別為86.4%,乙烯的去除率隨時(shí)間的變化趨勢。由圖可知,隨著(zhù)實(shí)92.7%,說(shuō)明不同粒徑的零價(jià)鐵對三氯乙烯、四氯乙烯的驗的進(jìn)行,控制樣中的三氯乙烯和四氣乙烯的去除率去除效果不同且40-60目的零價(jià)鐵的去除效果更好。沒(méi)有明顯變化,說(shuō)明在實(shí)驗過(guò)程中沒(méi)有不可控制的損)0 r失量。加人零價(jià)鐵的樣品中三氯乙烯、四氯乙烯均被30 t大量去除,且零價(jià)鐵純度越高,對三氯乙烯、四氯乙烯50 t的去除效果越好。如實(shí)驗10天后，純度為84%的零價(jià)鐵樣品中三氯乙烯的去除率為73.3%，四氯乙烯的去40 t十92% (20 -40日)除率為80.4%;92%的零價(jià)鐵樣品中三氯乙烯的去除20個(gè)+ 92% (40 -60日)率為78.2%,四氯乙烯的去除率為86.4%;98%的還原鐵粉樣品去除效果最好,其中三氯乙烯的去除率達到101/686.9%,四氯乙烯的去除率達到94.1%。說(shuō)明零價(jià)鐵的圖3不同粒徑的Fe'樣品中TCE的去除率純度越高,對氯代烴的去除效果越好。零價(jià)鐵的純度Fig.3 Romoval rate ofTCE under different Fe' size越高,可以提供的反應位點(diǎn)越多,故與三氯乙烯、四氯100「一:乙烯的接觸反應越劇烈，去除效果就越好。0t50800上92% (20- 40目)甘92% (40-60目)+ 0(空白)40士92%20， 989圖4不同粒徑的Fe"樣品中PCE的去除率Fig.4 Romoval rate of PCE under different Fe° size圖1不同純度的Fe'樣品中TCE的去除率有研究指出,水體中氯代烴在鐵體系中的還原脫Fig.! TCE removal rate in the different Fe purities氯反應是典型的固液傳質(zhì)反應,反應主要是在鐵表面100 r進(jìn)行,所以如果溶液中鐵的比表面積越大,則可以提供反應的位點(diǎn)就越多,反應速率自然增快凹。本實(shí)驗的結論也驗證了上述研究結果:相同純度的零價(jià)鐵,粒徑越小,對三氯乙烯、四氯乙烯的去除效小40-84%- 92%果越好。這主要是由于金屬粒徑越小，比表面積越大，98%與污染物的接觸幾率相對增多,故去除效果越好。2.3零價(jià)鐵投加量對零價(jià)鐵去除氯代脂肪烴的影響圖5~6分別是投加量分別為10g/280mL,圖2不同純度的Fe°樣品中PCE的去除率20g/280mL, 30g/280mL, 40g/280mL的同種鐵粉對三Fig.2 PCE removal rate in the different Fe purities samples氯乙烯、四氯乙烯的去除率隨時(shí)間的變化趨勢。分析將圖1與圖2對比可知，在相同的實(shí)驗條件下，可知,鐵粉的投加量不同對三氯乙烯、四氯乙烯的去零價(jià)鐵對四氯乙烯的去除效果要比對三氯乙烯的去除效果不同,且隨著(zhù)鐵粉投加量的增大,三氯乙烯、四除效果好。說(shuō)明氯代程度越高,與零價(jià)鐵的反應速度氯乙烯的去除效率也隨之提高。如10天時(shí),加入10g越快,主要原因可能是四氯乙烯中氯離子的活性要大鐵粉I中國煤化工為70.1%，四氯乙烯于三氣乙烯中氯離子的活性間。的去粉的樣品中三氯乙烯2.2零價(jià)鐵粒徑對零價(jià)鐵去除氯代脂肪烴的影響DHCNMH(去除率為92.7%;加入圖3~4是純度為92%,粒徑分別為20 40目,40-6030g鐵粉的樣品中三氯乙烯的去除率為83.5%，四氯132環(huán)純科學(xué)與技術(shù)第33卷乙烯的去除率為94.4%;加入40g鐵粉的樣品中三氣乙烯的去除率為90.4%，四氯乙烯的去除率為94.9%。說(shuō)明在實(shí)驗范圍內，鐵粉的投加量越大,對氯代烴的去除效果越好,且零價(jià)鐵對四氯乙烯的去除效果比對三設60氯乙烯的去除效果好。主要原因是鐵粉投加量越大,參$ 40個(gè)+ TCE與還原脫氯反應的鐵的表面積越多,可提供反應的位20甘PCE點(diǎn)越多,單位時(shí)間內零價(jià)鐵與氯代烴的反應機會(huì )越多,10去除效果越好。且四氯乙烯中氯離子的活性大于三氯乙烯中氯離子的活性,故零價(jià)鐵對四氯乙烯的去除效圖7PCE、TCE共存時(shí)樣品中各組分的去除率果更好。Fig.7 Rovemal rete of PCE/TCE at co-existing100r乙烯的去除率為73.8%,對單組分中三氯乙烯的去除率8(為78.2%;對混合組分中四氯乙烯的去除率為85.4%,對冊單組分中四氯乙烯的去除率為92.7%。由分析可知，零價(jià)+10g鐵對混合組分中三氯乙烯和四氯乙烯的去除效果都不士30如單組分中三氯乙烯和四氯乙烯的去除效果好,主要原*- 40g因是當三氯乙烯和四氯乙烯共存時(shí),會(huì )共同競爭與零價(jià)20鐵的反應,所以降低了零價(jià)鐵對各組分的去除效率。1/100圖5不同Fe'投加量對TCE的去除率Fig.5 Romoval rate ofTCE under different Fe" doses00 r60 t正80 t出40個(gè)+混合組分的TCEso甘單組分的TCE+ 10g十20- 30/d世40g圖8混合組分與單組分中TCE的去除率3Fig.8 Romoval rete of TCE at different conditions圖6不同Fe'投加量對PCE的去除率Fig.6 Romoval rate of PCE under different Fe° doses2.4兩種污染物共存對零價(jià)鐵去除氯代脂肪烴的影響2.4.1兩種污染物共存對零 價(jià)鐵去除各組分的影響40上+混合組分的PCE由圖7可以看出,在實(shí)驗的第5天,零價(jià)鐵對混20 t七單組分的PCE合組分中三氯乙烯的去除率為70.3%,在同-一時(shí)間,零5 10價(jià)鐵對混合組分中四氯乙烯的去除率為81.2%;在實(shí)驗的第10天,零價(jià)鐵對三氯Z烯的去除率為73.8%,對圖9混合組分與單組分中PCE的去除率四氯乙烯的去除率為85.4%。說(shuō)明當三氯乙烯和四氯Fig.9 Romoval rete ofPCE at different conditions乙烯共存時(shí),零價(jià)鐵對四氯乙烯的去除效果比對三氯3結論乙烯的去除效果好,主要原因是四氯乙烯中氯離子的活性比三氯乙烯中氯離子的活性大,與零價(jià)鐵的反應(1)在實(shí)驗范圍內,零價(jià)鐵純度對零價(jià)鐵去除三較迅速。.氯乙烯、四氯乙烯的影響為:98%>92%>84%,說(shuō)明純度2.4.2零價(jià)鐵對混合組分 與單組分的去除效果比較越高中國煤化工牧果越好。圖8~9為混合組分與單組分中零價(jià)鐵對三氯乙|YHc N M H G個(gè)鐵對氯代脂肪烴的烯與四氯乙烯的去除效率隨時(shí)間的變化趨勢。由圖可以去除效果越好?？闯?，在實(shí)驗的第10天,零價(jià)鐵對混合組分中三氯(下轉第153頁(yè))第6期楊慧敏,等生物瀝浸法去除不同初始pH值豬糞中的重金屬153[15]楊潔,汪群慧，王琪,等垃圾焚燒飛灰濃度對黑曲霉生長(cháng)及重金水排水，2004, 30(7):23- 26.屬生物淋濾效果的影響叨.環(huán)境科學(xué), 2008, 29(3):825 -830.Ding Wen- chuan, Long Teng -rui, Xu Long Influencing fac-Yang Jie, Wang Qun-hui, Wang Qi, et al. 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Review on氯代脂肪烴的影響大小為:40g/280mL>30g/280mL>study of remediation on contamination with chlorinated or-20g/280mL>10g/280mL，說(shuō)明零價(jià)鐵的投加量越大，ganics in water and soils by zero-valent iron[J]. Safety andEnvironmental Engineering, 2007, 14(1):43- 46.(in Chinese )對氯代脂肪烴的去除效果越好。(4)當三氣乙烯和四氯乙烯兩種組分共存時(shí),零[6] 何小娟,劉菲,黃園英,等.利用零價(jià)鐵去除揮發(fā)性氯代脂肪烴的試驗[J].環(huán)境科學(xué),2003, 24(1):139 -142.價(jià)鐵對四氯乙烯的去除效果比對三氯乙烯的去除效He Xiao-juan, Liu Fei, Huang Yuan- -ying, et al. Degrada-果好。tion of volatile chlorinated aliphatics by zero-valent iron[J].(5)在相同的實(shí)驗條件下,零價(jià)鐵對四氯乙烯的Environmental Science, 2003, 24(1):139 -142.(in Chinese )去除效果比對三氯乙烯的去除效果好。[27] 吳德禮,王紅武，馬魯銘. Ag/Fe催化還原體系處理水體中氯代烴的研究[].環(huán)境科學(xué), 2006, 27(9):1802- -1807.[參考文獻]Wu De-li, Wang Hong wu, Ma Lu-min. Reductive dechlo-[1] Sivavec T M.Redox -active media for permeable reactiverination of chlorinated hydrocarbons in water by Ag/Febarriers[A]. Intemational Contaioment Technology Confer-catalytic reduction system[J]. 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