MRGO-FMBO原位修复砷污染含水层

为了探究磁性氧化石墨烯负载铁锰氧化物复合材料（MRGO-FMBO）修复砷污染地下水的可行性,通过一维模拟柱和二维模拟槽实验探讨了MRGO-FMBO在含水层的迁移和分布情况,分析了材料注入浓度和注入速度对其迁移的影响,研究了MRGO-FMBO在注入模拟地下水含水层后反应带的形成及演化过程.结果表明,MRGO-FMBO在饱和多孔介质中迁移性能良好,在设定的浓度范围（1~8g/L）内,升高注入浓度能减少材料在介质中的残留百分比,增强其迁移性能.当注入速度为0.023~0.057cm/s时,存在一个速度临界值,当注入速度小于此值时,改变速度对MRGO-FMBO在含水层中的迁移性影响显著;当注入速度大于此值时,速度不再是影响迁移的主要因素.MRGO-FMBO在注入地下含水层后能够形成稳定的反应带,反应带在20d内对砷的去除效率达到70.6%,在整个反应带的发展过程中可去除7.79mg As.MRGO-FMBO在砷污染含水层原位修复中具有较好的应用前景.     

蔗糖改性纳米铁原位反应带对硝基苯污染的模拟修复研究

在一维模拟装置中创建改性纳米铁原位反应带,研究反应带对硝基苯污染的修复情况,并通过反应带渗透性变化对其可持续修复能力进行评估.模拟试验结果表明:不同条件下硝基苯的去除率为45%~80%;反应带渗透性变化过程按时间分为3个阶段,分别是0~10d的快速下降期、10~30d的缓慢下降期和30~60d的稳定期,平均下降了53.2%,堵塞现象未发生,反应带可持续修复能力较好.较大的介质粒径和浆液浓度使污染物降解效率增加,硝基苯去除率可分别提高23.7%和13.7%;较高的地下水流速和污染物浓度不利于污染物的去除,硝基苯去除率均下降约46.8%.各反应带中实际参与反应的铁与硝基苯的物质的量比值分别为11.2、17.9、12.6、3.3和25.7,改性纳米铁颗粒的实际利用率较低,实际应用中浆液需要过量注入.     

污染地下水零价铁原位反应带修复技术:理论·应用·展望

ZVI-IRZ(零价铁原位反应带)是一种新兴的地下水原位修复技术,具有工程造价低、施工简单、环境扰动小、修复效果好等优势, 而ZVI(零价铁)自身理化性质、场地的水文地球化学特征以及场地的污染状况等是影响修复效果的主要因素. 当前的研究内容主要包括IRZ(原位反应带)中ZVI的反应活性、稳定性、迁移性、生物毒性以及注入方式等方面. 在修复工程中存在的问题主要体现在:①ZVIs(细粒径零价铁)在含水介质中的迁移性较差,并且多采用Fe2+、pH等间接指标考察含水层中ZVIs的分布情况;②ZVIs表面钝化而诱发介质反应活性下降;③ZVIs的潜在生物环境效应尚不明确. 因此,需要加强对ZVIs表面改性手段、作用机制、老化特性、使用寿命、解钝化及钝化抑制技术等方面的理论与应用研究,还应关注ZVIs在环境中的归趋、转化机制和暴露路径,建立生态系统尺度上的评估体系; 同时,在实际应用中,需要在系统评估污染场地水文地质条件的基础上,加强对注入含水层中ZVIs及其反应产物的原位监测技术研发和监测体系完善.      

地下水中氯代烃污染原位生物修复精细模拟研究

原位生物修复技术是修复地下水中挥发性氯代烃（VCHs）污染的重要手段之一.精细模拟修复过程是实现高效修复的关键.然而以往多数模拟VCHs修复过程的研究并未全面考虑VCHs自然衰减性质,势必会造成预测误差.因此,本研究针对当前VCHs原位生物修复模型的局限性,提出考虑VCHs自然衰减性质的原位生物修复Monod-Natural attenuation（M-Na）模型.该模型主要将自主开发的M-Na模型的源代码以用户自定义反应模块的形式嵌入到RT3D中.通过注入乳酸提供氢气进行原位生物修复含水层中四氯乙烯（PCE）污染,验证M-Na模型的精确性,并分析了修复过程参数变化（包括乳酸的注入浓度和速率）对修复效果的影响.算例分析结果表明,VCHs的自然衰减作用可以将修复产物乙烯（ETH）浓度提高10%左右,这在VCHs污染修复模拟过程中不可忽略;同时算例中乳酸的最佳注入浓度为30 mg·L^-1,最佳注入速率为200m³·d^-1.本研究成果有望为地下水VCHs污染原位生物修复精细模拟及高效修复提供模型参考.     

乳化纳米铁浆液在含水层中的迁移特征研究

本文主要研究地下水修复试剂乳化纳米铁（EZVI）在含水层中的迁移特性和影响因素.一维模拟柱实验考察EZVI的穿透曲线和模拟柱中分布情况.结果表明：乳化植物油对纳米铁的改性显著提高了纳米铁在含水层中的迁移能力,EZVI的迁移距离为未改性纳米铁的2~3倍;EZVI中的乳化植物油会随水流迁移,分别形成纳米铁反应带和植物油反应带;岩性对迁移的影响表现为介质粒径越大,越有利于EZVI的迁移,且EZVI在粗砂中的迁移能力是细砂的1.9倍;注入速率通过影响纳米铁迁移到含水层介质表面的几率影响迁移行为,注入速率越大,迁移距离越长;共存离子对乳化纳米铁的迁移性能影响不大,会引起微量的铁的损失.最佳迁移效果的条件是3cm/min的注入速度,2g/L的注入浓度.     

抗坏血酸强化含水层介质Fenton降解PNP研究

为解决Fenton技术在地下水有机污染的原位修复中铁基材料难注入、降低二次污染的问题,并拓宽适用的pH范围. 以含水层介质(aquifer medium,简称“AM”)中的铁矿物为铁源,综合考虑区域地下水系统分区、地质类型和地质时代,采集京津冀5处典型地区浅层含水层介质,以天然还原剂/配体-抗坏血酸(ascorbic acid,简称“AA”)为强化试剂,构建了AM/AA/H₂O₂体系,并探究该体系对硝基苯酚(PNP)的降解效能以及环境pH对PNP降解的影响,同时揭示了AM/AA/H₂O₂体系降解污染物的机制. 结果表明:①五处含水层介质主要为长石类介质和碳酸盐类介质,表面都均匀分布了一定量的铁矿物,且以长石类介质催化H₂O₂分解降解PNP效果较好. ②抗坏血酸可显著促进含水层介质催化H₂O₂分解降解PNP,反应40 h内PNP的去除率最高可在89.00%以上(TOC的去除率为84.03%),与未加抗坏血酸的体系相比提升了6.82倍. ③降解PNP的主要功能自由基为·OH,是由液相中经抗坏血酸络合的铁离子催化H₂O₂分解产生的. ④与传统Fenton体系相比,抗坏血酸可有效拓宽AM/H₂O₂体系适用的pH范围,初始pH在5~10的范围内对PNP的降解无显著影响. 研究显示,AM/AA/H₂O₂体系在地下水有机污染的原位修复中具有较大的应用潜能.      

活化过硫酸盐对2-巯基苯并噻唑污染含水层的氧化修复效果与机理

利用活化过硫酸盐(Persulfate,PS)对模拟含水层中的2-巯基苯并噻唑(2-Mercaptobenzothiazole,MBT)进行了原位氧化降解实验研究,并考察了多种不同条件下的处理效果,明确了介质含量、地下水组分、修复试剂投加量及环境条件等因素的影响.同时,采用多种分析手段对MBT降解产物进行了识别和定量并进行了物料衡算,初步探讨了地下水中MBT原位降解的机理.结果表明,在MBT初始浓度为0.12 mmol·L^-1、PS浓度为1.0～1.3 mmol·L^-1、Fe²⁺浓度为0.05～0.4 mmol·L^-1、多孔介质(粗砂)量为10～50 g、pH为3～9且温度为25～50℃的条件下,反应6 h后MBT去除率达到90%以上,Fe²⁺/PS体系可以在模拟的地下环境中有效降解MBT.模拟含水层多孔介质对MBT具有一定的吸附作用,适度增加PS和Fe²⁺剂量均能有效提高MBT去除速率.初始pH值越高,MBT去除率越低;反应温度越高,MBT去除率越高.地...     

乳化纳米铁修复硝基苯污染含水层研究

通过模拟槽实验,研究了乳化纳米铁原位反应带修复硝基苯污染含水层的有效性以及水文地球化学指标的变化特征.结果表明,在第40d注入井下游大部分区域无硝基苯检出,与之相对应有大量的苯胺生成,这说明注入乳化纳米铁可形成原位反应带对硝基苯进行去除,有效控制硝基苯污染羽;乳化纳米铁的注入导致含水层pH值升高,然而乳化油水解产生的有机酸可与OH-发生中和反应,使pH值得到有效缓冲;Eh降低说明乳化纳米铁注入产生了较强的还原环境,有利于进行硝基苯的降解;pH值的升高与Eh的降低可说明铁还原反应与生物还原反应协同作用降解硝基苯,强化对硝基苯的修复效果;NO_2~-、硫化物的生成说明在模拟槽内发生了NO_3~-还原反应和SO_4~(2-)还原反应.     

S-NZVI/PS凝胶反应带修复硝基苯污染地下水

采用前置硫化法合成制备硫化纳米铁,研究其与过硫酸盐对硝基苯的联合降解效果,检测反应前后溶液中铁离子和TOC浓度变化,对反应前后的S-NZVI进行表征,分析S-NZVI和PS对NB的联合降解机制.以纳米硅胶溶液为胶结剂,以PS为活性成分,制备缓释PS溶胶,注入砂柱中扩散形成凝胶,与S-NZVI构成S-NZVI/PS组合反应带,研究其对模拟硝基苯污染地下水的原位修复效果.结果表明,S-NZVI能够高效去除NB并生成大量苯胺（AN）,S-NZVI被PS氧化产生的Fe²⁺与PS组成活化过硫酸盐,对AN具有较好的降解和矿化效果.当NB浓度为100mg/L、S-NZVI和PS的投加量分别为0.5,2.5g/L时,NB去除率达91%,AN出水浓度为1.96mg/L,TOC去除率达64.09%.反应后S-NZVI的主要铁氧化产物为Fe₃O₄和FeO（OH）.反应带实验结果表明,S-NZVI/PS组合反应带可有效去除地下水的NB并高效消减NB还原产生的AN,当进水中NB浓度为100mg/L,流量为0.4mL/min,注入S-NZVI含量为1200mg/L的浆液200mL,二氧化硅含量为30%、PS含量为12.5%的PS凝胶4.8g时,S-NZVI/PS组合反应带7d内对AN的去除率最高达97.6%,NB当量累计去除率为83.7%.     

S-NZVI/PS凝胶反应带修复硝基苯污染地下水

采用前置硫化法合成制备硫化纳米铁,研究其与过硫酸盐对硝基苯的联合降解效果,检测反应前后溶液中铁离子和TOC浓度变化,对反应前后的S-NZVI进行表征,分析S-NZVI和PS对NB的联合降解机制.以纳米硅胶溶液为胶结剂,以PS为活性成分,制备缓释PS溶胶,注入砂柱中扩散形成凝胶,与S-NZVI构成S-NZVI/PS组合反应带,研究其对模拟硝基苯污染地下水的原位修复效果.结果表明,S-NZVI能够高效去除NB并生成大量苯胺（AN）,S-NZVI被PS氧化产生的Fe²⁺与PS组成活化过硫酸盐,对AN具有较好的降解和矿化效果.当NB浓度为100mg/L、S-NZVI和PS的投加量分别为0.5,2.5g/L时,NB去除率达91%,AN出水浓度为1.96mg/L,TOC去除率达64.09%.反应后S-NZVI的主要铁氧化产物为Fe₃O₄和FeO（OH）.反应带实验结果表明,S-NZVI/PS组合反应带可有效去除地下水的NB并高效消减NB还原产生的AN,当进水中NB浓度为100mg/L,流量为0.4mL/min,注入S-NZVI含量为1200mg/L的浆液200mL,二氧化硅含量为30%、PS含量为12.5%的PS凝胶4.8g时,S-NZVI/PS组合反应带7d内对AN的去除率最高达97.6%,NB当量累计去除率为83.7%.     

基于病毒防护的填埋场隔离距离研究

为研究渗滤液中致病性病毒对填埋场隔离距离的影响,提出一种基于系统健康风险目标的建模方法,用于确定地下水梯度、水力传导系数和包气带厚度对隔离距离的影响,基于线性剂量-效应模型和可接受的感染风险[<10^-4/（人·a）]推导确定了饮用水肠道病毒浓度限值,通过耦合渗漏源强模型-以及水流和病毒在包气带中的纵向迁移转化和含水层中的水平迁移转化模型,构建了污染物泄露-迁移-降解的解析模型,并基于Monte-Carlo模拟表征解析模型中参数的不确定性.选择某典型生活垃圾填埋场开展案例研究,结果表明,在砂含水层中为44~564m,在砾石含水层中为91m~2.39km,在粗砾石含水层中为1.74~27.29km;地下水梯度从0.001变化到0.05,导致最高梯度处的隔离距离比最低梯度大10~20倍;当包气带厚度从1m增加到10m时,隔离距离可缩短到10m以内.隔离距离的确定需根据具体的安全防护要求和水文地质条件确定.     

硫化纳米铁反应带修复硝基苯污染地下水

采用前置硫化合成法制备硫化纳米铁（S-NZVI）并进行表征,采用模拟砂柱创建S-NZVI原位反应带,研究其对硝基苯（NB）污染地下水的修复效能.X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）表征结果表明,S-NZVI是以Fe（0）为核心,硫铁化合物为外壳的颗粒,可以有效抑制S-NZVI颗粒的团聚,具有较好的分散性.与NZVI相比,S-NZVI对NB的去除效率更高,最高去除率可达99.65%,在砂柱中具有更强的穿透能力.S-NZVI对NB的去除过程符合准一级动力学模式.S-NZVI对NB的去除机理是先将NB快速吸附于表面,然后再进一步通过化学还原降解,因此NB去除较快而苯胺生成较慢.S-NZVI反应带对NB泄露区的削减幅度较大,增加单井S-NZVI注入量和增加注入井均可提高修复效果,7d内NB累计去除率最高达87.43%,但前2d出水NB浓度仍然较高;S-NZVI反应带对NB传输区具有较好的修复效果,增加注入井比增加单井S-NZVI注入量具有更好的持续性和更高的NB去除率,7d内NB累计去除率最高达99.90%.     

地下水循环井技术修复硝基苯污染含水层效果模拟

实验在二维模拟槽中进行,以曝气前后地下水水位高度变化表征地下水循环强度,分析了地下水初始水位,曝气量和地下水初始流速对循环井运行的影响,并以得到的最佳运行参数进行硝基苯污染地下水修复效果模拟.结果表明,地下水初始水位45 cm,曝气量0.7 m3·h-1,地下水初始流速低于1.0 m·d-1时,循环井可以达到良好运行状态.硝基苯在地下水中的纵向迁移距离明显大于横向,泄漏第50 d时,平均浓度达到246.97 mg·L-1.循环井修复过程中,逐渐形成一个以循环井为中心的有机物高效修复区域.该区域内有机物被优先去除,浓度持续下降.高效修复区域外,存在过渡区域,该区域内有机物的浓度受有机物吸附/解吸和迁移性共同作用影响.整个修复过程中,硝基苯的浓度经历了快速下降-缓慢下降-浓度拖尾3个阶段,累计曝气14 h后,硝基苯的平均浓度下降至71.19 mg·L-1,残留的硝基苯分布在远离循环井的区域.由此可见,地下水循环井技术能够较好地修复硝基苯污染的地下水,修复过程存在最佳运行条件及最适修复时间.     

非饱和带柴油入渗实验研究及HSSM模拟

通过土柱模拟实验研究了柴油在不同含水率、不同粒径砂土中的入渗及残留特征,并采用HSSM(Hydrocarbon Spill Screening Model)模拟了柴油在含水率为6%中砂介质中的入渗过程.结果表明:随着介质含水率增加,柴油在介质中湿润锋推进速度先增大后减小,最快速度对应含水率处于相应介质最大残余含水率40%~50%范围内,残余柴油量随介质含水率增大而减小.在细砂、中砂和粗砂3种介质,柴油入渗平均湿润锋推进速度分别为0.42,0.52,0.73cm/min;平均残余柴油量分别为98.10,68.70,48.79mL. 湿润锋推进速度及残余柴油量均与介质粒径呈负相关.HSSM拟合柴油在含水率为6%中砂介质中的湿润锋推进速度为0.5832cm/min,与实验值0.5689cm/min相比,相对误差为2.51%.HSSM能较好的模拟柴油在非饱和带入渗过程,对于土壤及地下水污染预报具有重要意义.     

采用离石黄土原位修复煤矸石渗滤液污染地下水

为以较好的技术手段和较低的经济成本治理煤矸石淋滤液、矿坑废水对地下水的污染,通过土柱淋滤试验、PRB (permeable reactive barrier)模拟试验以及场地修复试验,对煤矸石淋滤液中重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)及As的吸附性进行了研究. 土柱淋滤试验结果表明:离石黄土(粒径0.05~0.10mm)、亚砂土(粒径0.05~0.10mm)和细沙(粒径>0.10~0.25mm)对煤矸石淋滤液中的重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)及As的吸附能力为离石黄土>亚砂土>细沙,其中离石黄土对As的分配系数为2.26L/kg.模拟槽试验表明,在地下水流速为0.20m/d、m(煤矸石):m(离石黄土)分别为5和7的情况下,淋滤液中的As能够全部被黄土墙吸附;m(煤矸石):m(离石黄土)为10时,部分As透过黄土墙向下游迁移. 5个月的场地修复试验表明,利用离石黄土作为PRB的吸附材料能够较好地去除地下水中的重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)和As,厚约0.5m的离石黄土墙对被煤矸石淋滤液污染的地下水中Cr的去除率最高,达到70.97%,对Pb的去除率最低,为43.14%.      

1,2-二氯乙烷自然衰减过程中模拟饱和含水层的氧化还原条件变化

为研究自然条件下饱和含水层中1,2-DCA(1,2-二氯乙烷)的自然衰减过程及该过程中含水层氧化还原环境的变化特征,利用室内连续水流土柱模拟饱和含水层,研究生物降解作用对1,2-DCA自然衰减的贡献以及饱和含水层环境条件的动态变化规律. 初始ρ(1,2-DCA)为50 mg/L,模拟地下水流速为450 μL/min,模拟试验连续进行30 d,分别监测ρ(1,2-DCA)和水环境指标. 结果表明,1,2-DCA自然衰减的一级速率常数为0.068 9 d-1,其中生物降解作用的贡献率为6.34%. 1,2-DCA自然衰减过程中,NO₃-首先充当生物降解的电子受体,随后Fe3+、SO₄2-依次发生反应,土柱内部不同高度出现了氧化还原分带,分别是硫酸盐还原带、铁盐还原带、硝酸盐还原带.