铁粉和煤灰去除地下水中的六价铬Cr(Ⅵ)的研究

通过静态实验和动态实验研究了铁粉、煤灰及其混合物对地下水中六价铬离子Cr(Ⅵ)的去除效果。在静态实验中,探讨了铁粉用量,煤灰用量,煤灰粒度,放置时间对地下水中Cr(Ⅵ)去除率的影响及两者混合后对地下水中Cr(Ⅵ)去除效果。实验结果表明,两者混合后,对水中Cr(Ⅵ)的去除效果较好,并可节省铁粉的用量,即0.5g铁粉和10.0g煤灰混合,处理50mLCr(Ⅵ)质量浓度为10mg·L-1的水样,与单独用0.7g铁粉处理的效果相同,水中Cr(Ⅵ)的去除率接近100%。在动态实验中,用与静态实验等量的铁粉和煤灰,可处理150MlCr(Ⅵ)质量浓度为10mg·L-1的水样,处理后水中的Cr(Ⅵ)可达到饮用水的水质标准。结果表明,铁粉和煤灰可作为原位处理地下水中Cr(Ⅵ)的反应材料,为地下水的原位处理技术奠定了实验基础。     

陕西某地区地下水Cr(Ⅵ)异常的水化学特征及其富集因素分析

以42组水化学测试数据为基础,结合野外调查资料,分析研究区Cr(Ⅵ)异常地下水的分布规律和水化学特征,探讨Cr(Ⅵ)富集的影响因素.结果表明Cr(Ⅵ)异常地下水主要位于基岩含水层,水化学类型以HCO3-Na、HCO3-Na·Ca型为主,随地下水埋深的增加,Cr(Ⅵ)浓度、γNa+/γCl-系数逐渐增大,γCa2+/γHCO-3系数逐渐减小;与正常水相比,Cr(Ⅵ)异常地下水的p H、溶解氧、离子强度的平均值分别由7.2、4.3 mg·L-1、0.011 mol·L-1变为7.6、5.5 mg·L-1、0.028 mol·L-1,溶解氧增加有利于Cr(Ⅲ)的氧化,p H升高、离子强度降低可以促进Cr(Ⅵ)的活化,这些是促使含水介质中Cr(Ⅵ)的解吸、迁移和富集的主要水化学因素.     

壳聚糖交联螺旋藻小球对Cr(Ⅵ)的吸附作用研究

以壳聚糖和螺旋藻粉为原料,采用滴加成球的方法制备一种新型的重金属吸附剂——壳聚糖交联螺旋藻小球。通过反应温度、搅拌速度、提取时间和交联剂的加入量的条件控制研究壳聚糖交联螺旋藻小球的成球效果;通过正交试验设计研究壳聚糖交联螺旋藻小球对Cr(Ⅵ)的最佳吸附条件;通过SEM分析其表面和局部结构;通过吸附动力学实验研究其对Cr(Ⅵ)吸附过程。实验结果表明,(1)制备壳聚糖交联螺旋藻小球的成球效果受反应温度、搅拌速度、提取时间和交联剂的加入量的影响。交联剂戊二醛的最佳质量分数为50%,反应温度应控制在65℃左右。(2)各个因素对壳聚糖交联螺旋藻小球吸附Cr(Ⅵ)的影响强弱顺序为:Cr(Ⅵ)溶液的初始质量浓度壳聚糖与螺旋藻配比搅拌时间初始p H值。理论上壳聚糖交联螺旋藻小球吸附Cr(Ⅵ)溶液的最佳条件组合为:壳聚糖与螺旋藻配比为1∶1,Cr(Ⅵ)溶液初始质量浓度为120 mg·L~(-1),初始p H值为6,搅拌时间为2.5 h。利用此组合对Cr(Ⅵ)进行吸附研究,得出壳聚糖交联螺旋藻小球的吸附量达到24.795 mg·g~(-1),比正交试验中最大吸附量高出13.80 mg·g~(-1)。(3)壳聚糖交联螺旋藻小球的电镜扫描结果显示小球表面粗糙,具有疏松多孔网状结构。(4)吸附过程符合准二级动力学模型,基本符合准一级动力学模型。     

渗透反应格栅技术综述:填充材料实验研究、修复技术实例和系统运行寿命

渗透反应格栅(PRB)相对于传统的抽出处理技术是一种新兴的原位处理技术,在大多数情况下,它的运行不依靠外部力量或能源的输入,而是应用原位的地下水流来带动污染物与反应材料接触,最终将污染物去除.本文以地下水中六价铬(Cr(Ⅵ))去除为例,总结了PRB材料筛选过程;介绍了部分PRB场地应用实例,包括不同材料、结构类型、尺寸和PRB处理目标污染物的效果,及以零价铁(Fe0)为填充介质的PRB寿命研究现状.Fe0是实际场地PRB和实验室PRB材料研究中应用最广的材料.维持渗透反应墙的活性和渗透性能,是PRB能长期有效运行的重要条件.详细了解反应墙对污染物的去除机理,对于评价PRB的长期运行效果至关重要.     

锰铁氧体吸附及催化柠檬酸还原六价铬的过程及机理

本文探究了磁性纳米铁锰氧体(MnFe_2O_4)及其黏土矿物负载材料对六价铬(Cr(Ⅵ))的吸附作用,同时研究了锰铁氧体-柠檬酸溶液体系中,铁锰氧体催化柠檬酸还原Cr(Ⅵ)的机理.结果表明,MnFe_2O_4材料对Cr(Ⅵ)的吸附量随着吸附时间的增加而增加,在0—5 min内快速吸附并达到平衡,符合准二级动力学模型.伴随MnFe_2O_4负载量的增加,凹凸棒土负载铁锰氧体(ATP-Fe Mn)的吸附量大幅增加,ATP-FeMn14吸附量最大达到了29.2 mg·g~(-1),且吸附等温线均可用Langmuir方程或Freundlich方程拟合,属于单分子层吸附.MnFe_2O_4和负载ATP材料吸附Cr(Ⅵ)的最佳pH值为3—4,ATP-FeMn14对六价铬的去除率最高,最佳投加量为5 g·L~(-1).在铁锰氧体-柠檬酸体系中,溶液pH值是影响Cr(Ⅵ)的去除效率的重要因素,当溶液pH值在4和5时,Cr(Ⅵ)的去除率(76.5%、66.2%)显著高于其他处理;4 mmol·L~(-1)柠檬酸的处理去除率(89.8%)显著高于其他浓度柠檬酸的处理去除率;而在相同体系中,MnFe_2O_4的处理去除率(89.8%)显著高于其他研究材料.本研究表明铁锰氧体不仅对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附性能,在与有机酸共存时,还可以催化有机酸还原Cr(Ⅵ),降低Cr(Ⅵ)的环境风险.     

Cr（Ⅵ）、Ni耐性植物筛选及其吸收富集特性研究

采用营养液培养法和二因素完全实验设计,在5 mg.L-1Cr（Ⅵ）、Ni复合污染条件下对22种植物进行筛选实验,选取富集量较高且生长较快的旱伞草Cyperus alternifolius,分析其对Cr（Ⅵ）、Ni的累积规律及生理生化效应。结果表明：（1）在Cr（Ⅵ）、Ni复合污染胁迫下,旱伞草生长状况良好,对铬、镍具有较高的富集能力;（2）在Cr（Ⅵ）、Ni复合污染下,Cr（Ⅵ）抑制旱伞草对Ni的吸收,Ni促进旱伞草对Cr的吸收;（3）分别在单因素Cr（Ⅵ）、Ni的胁迫下,SOD和CAT活性随着Cr（Ⅵ）、Ni质量浓度（0-50 mg.L-1）的增加都是先上升后下降,MDA总体都呈增加的趋势;（4）在Cr（Ⅵ）胁迫下,旱伞草地上部富集总铬的含量较高,但六价铬含量较低,对Cr（Ⅵ）的转化率最大可达到97.00%。研究表明,旱伞草是一种修复Cr（Ⅵ）、Ni污染很有潜力的物种。     

胶原纤维固化黑荆树单宁吸附Cr(Ⅵ)的研究

研究了胶原纤维固化黑荆树单宁对Cr（Ⅵ）的吸附．采用不同温度、pH值等条件进行吸附研究，并进一步探讨了固化黑荆树单宁的吸附动力学和吸附柱动力学及其吸附机理．结果表明，该材料对Cr（Ⅵ）的吸附平衡符合Freundlich方程，温度对吸附平衡的影响不明显；吸附动力学可用拟二级速度方程来描述，该材料同时具有良好的柱动力学特性；Cr（Ⅵ）的吸附过程可能存在3个反应，即Cr（Ⅵ）与吸附剂之间发生氧化还原反应生成Cr（Ⅲ），Cr（Ⅲ）和-COOH之间发生离子交换反应，以及Cr（Ⅲ）与单宁的邻位羟基发生螯合．图8表2参10     

纳米四氧化三铁吸附水中六价铬后的复合物对HEK293细胞的毒性研究

磁性纳米粒子是一种环境友好型吸附剂,广泛应用于废水中重金属的处理。目前,有不少关于纳米粒子毒性的研究,但对处理后的纳米粒子和金属的复合物的毒性却鲜有研究。本文利用纳米四氧化三铁(MNPs)吸附水中的铬离子,以人胚胎肾细胞HEK293为生物模型,通过测定细胞活力、活性氧含量以及细胞摄取量等试验,评估磁性纳米四氧化三铁吸附六价铬后的复合产物对HEK293细胞的毒性。实验结果显示:在本实验浓度和作用时间下,Cr(Ⅵ)离子能够进入细胞,产生氧化应激,并引起细胞毒性;与Cr(Ⅵ)离子相比,磁性纳米四氧化三铁吸附Cr(Ⅵ)后的修复产物MNPs/Cr(Ⅵ)对HEK293细胞无明显毒性效应,MNPs/Cr(Ⅵ)复合物在细胞内的摄取极少,只有极少数颗粒通过内吞的方式进入细胞,且没有进入细胞核内。因此,在本实验的作用浓度和时间下,利用MNPs吸附水环境中Cr(Ⅵ)后的复合物对HEK293细胞没有明显毒性,本研究为深化了解MNPs及其重金属复合物对环境的影响提供了实验依据和参考价值。     

砖红壤对Cr(Ⅵ)吸附-解吸反应动力学研究

研究了表面覆盖度、H2PO-4等因素对砖红壤吸附Cr(Ⅵ)反应动力学的影响,以及土壤与Cr(Ⅵ)反应时间对表面吸附态C r(Ⅵ)解吸量的影响,还对土壤吸附Cr(Ⅵ)机理进行了初步探讨.在所研究的pH值范围内,砖红壤对Cr(Ⅵ)的吸附量随离子强度增加而减少,这表明砖红壤吸附Cr(Ⅵ)机理中存在静电吸附.动力学实验表明,当Cr(Ⅵ)初始浓度较高时(0.1 mmo.ll-1),吸附反应速率开始比较快,持续约5m in,随后逐渐减缓.而当Cr(Ⅵ)初始浓度较低时(0.05 mmo.ll-1),土壤对其吸附速率十分迅速,5m in内的吸附量占总吸附量的96%以上.该结果表明,表面覆盖度越低,吸附反应速率越快.H2PO-4的存在将降低吸附反应速率和吸附量.H2PO-4对土壤表面吸附态Cr(Ⅵ)的解吸反应动力学也表现出双速率特征,即开始比较迅速而随后逐渐变缓.当延长土壤对Cr(Ⅵ)的吸附时间后,Cr(Ⅵ)吸附量虽然没有增加,但其解吸量却减少,这说明吸附态Cr(Ⅵ)滞留在土壤表面期间,其结合形态向难解吸态方向发生了转变.     

降雨条件下纳米零价铁镍对污染土壤中六价铬迁移的影响

通过模拟降雨进行土柱淋溶实验来研究降雨条件下纳米零价铁镍(nZVI/Ni)对污染土壤六价铬迁移的影响,并测定淋溶液的Cr(Ⅵ)浓度、pH、电导率和累积释放量.使用改进BCR连续提取法测定淋溶后各层土壤的铬形态分布,分析施加nZVI/Ni对土壤中铬形态的影响.结果表明,降雨条件下六价铬的释放过程主要分为快速和慢速释放两个阶段.随着淋溶体积的增加,土壤淋溶液的pH逐渐升高后最后趋于平稳,电导率和Cr(Ⅵ)浓度迅速下降后趋于平稳.模拟降雨条件下,土壤中投加nZVI/Ni显著降低了淋溶液中Cr(Ⅵ)的累积释放量.投加0.10%nZVI/Ni土壤淋溶液的Cr(VI)累积释放量低于空白对照57.53%.在nZVI/Ni投加量相同时,模拟降雨的pH值越低nZVI/Ni的修复效果越好;降雨的淋溶次数对修复效果基本无影响;采用均匀混合的方式投加nZVI/Ni有着更好的修复效果.在土壤中nZVI/Ni对Cr(Ⅵ)修复过程中,纳米铁材料起主要作用,Fe(Ⅱ)的贡献很小.土壤经nZVI/Ni修复后,可还原态铬含量减少,可氧化态铬含量增加,表明纳米零价铁镍可以降低土壤中铬的迁移性,降雨条件下对六价铬污染土壤具有一定的修复效果.     

利用新型可渗透反应格栅技术对垃圾渗滤液污染地下水过程作用研究

以垃圾渗滤液污染地下水为研究对象,选择沸石、无烟煤、陶粒、活性炭、炉渣、粉煤灰、零价铁、石英砂作为填充材料,设计7种地下可渗透反应格栅（PRB）,分别为反应器1、2、3、4、5、6和7。通过连续实验模拟,对PRB技术治理污染地下水的可行性和有效性进行研究,监测反应器处理效果,分别7种反应器内流速、EC、Cl-的变化及对污染物去除效果及其影响进行分析,探索污染物去除机理。结果显示,反应器水渗流速度在80-150 cm.d-1情况下,对COD去除率为82.22%-88.88%,对Cl-去除率为-0.20%-1.68%,对色度去除率为36.38%-71.86%,表明利用新型PRB技术防控渗滤液污染地下水是可行的,但仍有些技术问题有待深入研究。     

强化的零价铁PRB技术对PCBs污染地下水的修复

本实验强化了零价铁可渗透反应墙（Permeable Reactive Barrier,PRB）技术,分别用还原铁粉、还原铁粉＋锌粉、还原铁粉＋活性炭为主要的反应介质,以Arcolor1242为靶污染物,对强化的零价铁PRB技术治理多氯联苯污染的地下水的可行性和有效性进行了模拟研究。实验结果表明：在温度10℃,有效孔隙率为61%~67%,水的渗透速度为0.7~0.8 m.d-1的条件下,3个反应柱稳定期对PCBs的去除率分别达到94%、85%、79%,pH值从6.87升高到8.78、10.2、7.93;氧化还原电位从-48.6 mV降到-135、-107、-86.4 mV;出水铁离子的平均质量浓度为0.241、0.129和0.201 mg.L-1,脱氯率平均值为49.6%、72.6%、58.6%。综合考虑处理效果与成本,用零价铁PRB技术治理PCBs污染的地下水是可行的。     

Passive convergence-permeable reactive barrier (PC-PRB): An effective configuration to enhance hydraulic performance

● A novel PRB configuration based on passive convergent flow effect was proposed. ● A 2D finite-difference hydrodynamic model, PRB-Flow, was developed. ● PC-PRB can significantly enhance the hydraulic capture capacity of PRB. ● The PRB geometric dimensions and materials cost are effectively reduced. ● The dominant influential factor of the PC-PRB capture width is pipe length, L_p. A novel permeable reactive barrier (PRB) configuration, the so-called passive convergence-permeable reactive barrier (PC-PRB), is proposed to overcome several shortcomings of traditional PRB configurations, such as high dependency to site hydrogeological characteristics and plume size. The PC-PRB is designed to make the plume converge towards the PRB due to the passive hydraulic decompression-convergent flow effect. The corresponding passive groundwater convergence (PC) system is deployed upstream of the PRB system, which consists of passive wells, water pipes, and a buffer layer. A two-dimensional (2D) finite-difference hydrodynamic code, entitled PRB-Flow, is developed to examine the hydraulic performance parameters (i.e., capture width (W) and residence time (t)) of PC-PRB. It is proved that the horizontal 2D capture width (W_h) and vertical 2D capture depth (W_v) of the PC-PRB remarkably increase compared to that of the continuous reactive barrier (C-PRB). The aforementioned relative growth values in order are greater than 50% and 25% in this case study. Therefore, the PRB geometric dimensions as well as the materials cost required for the same plume treatment lessens. The sensitivity analysis reveals that the dominant factors influencing the hydraulic performance of the PC-PRB are the water pipe length (L_p), PRB length (L_PRB), passive well height (H_w), and PRB height (H_PRB). The discrepancy between the W_h of PC-PRB and that of the C-PRB (i.e., ΔW_h) has a low correlation with PRB parameters and mainly depends on L_p, which could dramatically simplify the PC-PRB design procedure. Generally, the proposed PC-PRB exhibits an effective PRB configuration to enhance hydraulic performance.     

Numerical modeling and performance evaluation of passive convergence-permeable reactive barrier (PC-PRB)

● A 2D finite-element solute transport model, PRB-Trans, is developed. ● PC-PRB can significantly improve the remediation efficiency of PRB. ● PC-PRB can considerably reduce the required PRB dimensions and materials costs. ● The required PRB length decreases with the increase of pipe length, L _p. The passive convergence-permeable reactive barrier (PC-PRB) was proposed to address the limitations of traditional PRB configurations. To evaluate the hydraulic and pollutant removal performance of the PC-PRB system, we developed a simulation code named PRB-Trans. This code uses the two-dimensional (2D) finite element method to simulate groundwater flow and solute transport. Case studies demonstrate that PC-PRB technology is more efficient and cost-effective than continuous permeable reactive barrier (C-PRB) in treating the same contaminated plume. Implementation of PC-PRB technology results in a 33.3% and 72.7% reduction in PRB length (L_PRB) and height (H_PRB), respectively, while increasing 2D horizontal and 2D vertical pollutant treatment efficiencies of PRB by 87.8% and 266.8%, respectively. In addition, the PC-PRB technology has the ability to homogenize the pollutant concentration and pollutant flux through the PRB system, which can mitigate the problems arising from uneven distribution of pollutants in the C-PRB to some extent. The L_PRB required for PC-PRB decreases as the water pipe length (L_p) increases, while the H_PRB required initially decreases and then increases with increasing L_p. The effect of passive well height (H_w) on H_PRB is not as significant as that of L_p on H_PRB. Overall, PC-PRB presents a promising and advantageous PRB configuration in the effective treatment of various types of contaminated plumes.     

Nitrobenzene contamination of groundwater in a petrochemical industry site

The contaminant transport distance is predicted using numerical model. Zero-valent iron can be used to effectively transform nitrobenzene to aniline. Experiment shows that two-layer PRB systems have a very good treatment effect. Organic contamination of groundwater is a major concern in China. However, remediation technology for groundwater contamination to address the potential harm and danger brought by the above-mentioned serious issue is still in the research stage. This study aims to improve the current research findings. In the research project, drilling, soil, and groundwater sampling and analysis were conducted in a contamination site of a petrochemical plant, migration of contaminants to the river was predicted using a numerical model, the sequence permeable reactive barrier (PRB) for treating nitrobenzene (NB) and benzene was proposed, and simulation was carried out. Research findings demonstrated that three leaking locations had been identified in the plant, the major pollutants were NB and benzene, and the groundwater contamination area was around 640000 m². Computation results of the numerical model indicated that, in the worst case, the groundwater plume would reach the river after migration for nearly 9 years, which would endanger the safety of surface water supply. Furthermore, the two-PRB system with the filling of zero-valent iron (ZVI) and granular activated carbon attached with biofilm exerted strong remediation effects. Experimental results indicated that ZVI could transform NB to aniline effectively with a rate of approximately 93%. Meanwhile, aniline, benzene, and other organic pollutants could easily be biodegraded.     

改性腐殖酸对铀的吸附的试验研究

通过静态吸附实验,探讨了改性HA对U(Ⅵ)吸附影响。考查pH值、时间、U(Ⅵ)的初始浓度和温度等对吸附的影响。结果表明:pH值对改性腐殖酸的吸附效果影响较大,改性腐殖酸吸附U(Ⅵ)的最佳pH值为6,最大去除率为99.37%,吸附在60 min内基本达到平衡。UO22+在改性腐殖酸上的吸附是放热过程,符合Freundlich等温吸附方程,相关系数达0.99以上,表明IHA对铀的吸附是以表面为主要吸附位,并不是均匀的单层吸附。图8,参9.     

氨基化氧化石墨烯(AGO)的制备及其对六价铬的吸附机制

以乙二胺盐酸盐(EDH)为改性剂改性氧化石墨烯(GO),水热法制备氨基化氧化石墨烯(Amino-functionalized;graphene;oxide,AGO).SEM、XRD、FTIR和Zeta电位表征分析发现,AGO表面含有羟基、羧基及氨基基团,Zeta电位为pH=10.14.以水中低浓度六价铬Cr(Ⅵ)为污染物,探讨了乙二胺盐酸盐(EDH)用量、pH、AGO用量、Cr(Ⅵ)初始浓度以及常见干扰离子对AGO吸附Cr(Ⅵ)影响.结果表明,在pH=6.0、7-AGO用量为0.8;mg·L^-1和Cr(Ⅵ)初始浓度为2.0;mg·L^-1,7-AGO对Cr(Ⅵ)去除率可达95.1%;SO₄^2-会明显抑制AGO对Cr(Ⅵ)的吸附.AGO对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合二级动力学模型,吸附机制主要为静电作用.     

纳米Fe0对Cr（VI）的还原及其影响因素

采用纳米Fe0还原水溶液中的Cr（Ⅵ）,考察纳米Fe0投加量、Cr（Ⅵ）初始浓度、溶液pH值和有机酸等因素对cr（Ⅵ）还原的影响。结果表明,纳米Fe。对Cr（Ⅵ）的还原效果明显,其对Cr（Ⅵ）的还原率分别是铁粉和铁屑的7和13倍。Cr（Ⅵ）溶液初始质量浓度为20mg·L-1、Fe。投加量为5g·L“条件下,反应24h时纳米Fe0对Cr（Ⅵ）的还原率达82．7％。溶液低pH值可以促进Fe。的腐蚀速度,提高反应速率,当pH值为3．0时还原效果最好。草酸、丙二酸和丁二酸对纳米Fe。还原Cr（Ⅵ）均有明显的促进作用,3种有机酸对Cr（Ⅵ）还原率的提高幅度由高到低依次为草酸、丙二酸和丁二酸。     

水体中常见无机阴离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl~-,SO_4~(2-),HCO_3~-,NO_3~-以及HPO_4~(2-)/H_2P_4~-),分别考察了其对TiO_2薄膜光催化还原模拟Cr(Ⅵ)废水的影响.从上述离子的光吸收,对·OH的捕获作用以及与Cr(Ⅵ)的竞争吸附三个方面讨论了上述离子影响TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)速率的原因.结果表明,体系酸性越强,越有利于Cr(Ⅵ)的还原;在pH值约为6时,HCO_3~-,Cl~-和SO_4~(2-)对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)具有促进作用,NO_3~-具有抑制作用,H_2PO_4~-/HPO_4~(2-)在低浓度时具有促进作用,而在高浓度时具有抑制作用.造成上述结果的主要原因是Cl~-,SO_4~(2-)和HCO_3~-具有较强的·OH捕获作用和在TiO_2表面较低的吸附能力;H_2PO_4~-/HPO_4~(2-)在TiO_2表面具有较强的吸附能力;NO_3~-对紫外光吸收作用降低了TiO_2表面的紫外光强度以及自身光化学反应产生了·OH.