PRB技术对地下水中重金属离子的处理研究

实验模拟地下环境,以受重金属离子Pb(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Fe(Ⅱ)和总Mn污染的地下水为研究对象,利用还原铁粉、铸铁粉、铸铁粉与颗粒活性炭的混合物为可渗透反应墙(PRB)的主要介质,石英砂为辅助介质,设计了3种反应器.在有效孔隙率为60%～65%、水力停留时间为12.0～14.4 h的条件下,考察其对污染物的去除效果.结果表明:3种反应器对Pb(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)均有较高的去除效果,去除率达98%以上;总Mn的去除率分别达98%、89%和66%;Fe(Ⅱ)的去除率分别达83%、56%和49%.考察了3种反应器内pH、Eh、DO的关系及对重金属离子去除效果的影响,分析了污染物的去除机理.综合考虑处理效果与成本,笔者认为以铸铁粉与石英砂的混合物为PRB的反应介质,应用PRB技术原位处理受上述重金属离子污染的地下水是可行的.     

铸铁和椰壳活性炭混合介质修复高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水研究

铬是人体和动物必需的微量元素之一。但高浓度的铬,尤其是地下水中的Cr(Ⅵ)可能对人体健康和环境造成很大的危害,因此研究高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水的修复技术至关重要。应用铸铁和椰壳活性炭作为模拟柱中渗透反应格栅(PRB)的反应介质,为了防止实验过程发生堵塞,添加适当河沙,通过铸铁的还原作用及椰壳活性炭的吸附作用研究PRB对高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水的修复效能。结果表明:铸铁、椰壳活性炭、河沙的质量比为3∶1∶4、Cr(Ⅵ)为400 mg/L条件下,完全穿透时反应材料对Cr(Ⅵ)整体去除率为67.0%,PRB反应介质寿命为165d;侧孔Cr(Ⅵ)浓度随时间延长而逐渐增大,离进水口越近,材料去除Cr(Ⅵ)的能力降低越快;出水及沿程在没有Cr(Ⅵ)检出时pH为4.5～7.0,出水有Cr(Ⅵ)检出时pH均大于7.0;出水中无Cr(Ⅵ)检出时,总铁(TFe)含量较高,Fe(Ⅲ)含量较少,有大量Fe(Ⅱ)产生,出水有Cr(Ⅵ)检出时,对应的Fe(Ⅲ)和TFe检出浓度均较低,说明柱体内铸铁材料基本钝化完全。     

纳米天然黄铁矿对土壤和地下水中铬的原位固定技术

采用机械球磨活化方法制备了纳米级黄铁矿,将其作为可渗透反应屏障中的介质材料,用于原位固定土壤和地下水中的Cr(Ⅵ),通过柱实验研究了黄铁矿对Cr(Ⅵ)动态反应(吸附)和解吸附的性能,并结合高分辨率透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等对黄铁矿材料进行了表征,同时对反应机理进行了探讨。结果表明:在纳米天然黄铁矿填充的PRB反应器中,FeS_2能够有效地处理含铬废水并将Cr(Ⅵ)原位固定在土壤中;在反应过程中,1 g黄铁矿可处理50 mg·L~(-1)的含铬废水1 854.4 mL,2 g的纳米级天然黄铁矿介质固定了约69.458 mg的Cr(Ⅵ);当铬溶液到达穿透点时,Cr(Ⅵ)去除率达到了99.9%。本研究成果可为纳米级天然黄铁矿处理土壤和地下水中Cr(Ⅵ)以及原位固定其他的重金属提供参考。     

Cu/Fe和Ni/Fe双金属处理模拟地下水中的铬

研究了零价铁(Fe0)、Cu/Fe、Ni/Fe双金属作为渗透反应格栅(PRB)反应介质对地下水中六价铬〔Cr(Ⅵ)〕去除性能。采用烧杯批次实验研究了铜负载率、镍负载率、投加量及pH对Cr(Ⅵ)去除效率的影响。采用柱模拟室验考察Fe0、Cu/Fe和Ni/Fe双金属作为PRB反应介质对地下水中的Cr(Ⅵ)去除效果。实验结果显示,相对于Fe0,双金属去除效率显著提高,去除效果可达99.7%,速率也是Fe0单独作用时的2倍。Cu/Fe双金属系统随着铜负载率增加去除效率增加,铜负载率达到10%以后,去除效率不再增加,开始有降低的趋势;Ni/Fe双金属系统呈现相同趋势。Cu/Fe、Ni/Fe投加量越大,对Cr(Ⅵ)去除效果越好,并且酸性条件有利于Cr(Ⅵ)的去除。对于Cr(Ⅵ)的去除,Cu/Fe和Ni/Fe双金属比Fe0更具有长效性,其寿命是Fe0单独作用时的2倍以上。     

电解/超声强化铁炭法处理饮用水源中的Cr(Ⅵ)

采用传统铁炭法、电解强化铁炭法、超声强化铁炭法处理供水Cr(Ⅵ)污染,研究其处理效果和去除Cr(Ⅵ)的动力学。结果表明:传统铁炭法在投加量为9 g·L~(-1),反应时间为50 min,Cr(Ⅵ)去除率可达95%以上,铁炭法去除Cr(Ⅵ)的过程符合一级动力学方程。在铁炭投加量为3 g·L~(-1)条件下,电解强化后Cr(Ⅵ)去除率提高了4.42%,超声强化后Cr(Ⅵ)去除率可达到95%以上。电解强化法、超声强化法的Cr(Ⅵ)衰减速率分别是传统铁炭法的Cr(Ⅵ)衰减速率的1.26和2.26倍。超声强化铁炭法不仅使得Cr(Ⅵ)去除率大幅提高,同时还能防止传统铁炭法在实际应用中出现的板结和沟流问题,是一种较为可行的供水厂处理六价铬污染的技术。     

多硫化物原位修复地下水中六价铬污染柱实验模拟

以红壤和褐土为研究对象,以多硫化物为还原剂,在实验室通过土壤柱实验模拟研究了原位氧化还原控制墙技术(in situ redox manipulation, ISRM)还原固定化修复受Cr(Ⅵ)污染的土壤-地下水的过程。结果表明:红壤柱和褐土柱经多硫化物硫化后均具有良好的还原能力,但还原能力存在一定的差异。向硫化处理后的红壤和褐土柱持续通入10 mg·L~(-1) Cr(Ⅵ),观察到土柱分别在38PV (pore volume,孔隙体积)和22PV穿透,并最终在218PV和138PV左右,其完全丧失对Cr(Ⅵ)的还原能力。在土壤硫化过程及硫化土柱还原Cr(Ⅵ)的实验中观察到,系统的pH和氧化还原电位均发生了显著的变化。对实验结果进一步分析表明,经硫化处理后红壤和褐土的电子利用效率分别为23.0%和24.8%。基于柱实验研究结果,以多硫化物为还原剂采用ISRM技术修复受Cr(Ⅵ)污染的土壤-地下水系统是有效的。多硫化物的加入不仅可以有效去除孔隙水中的Cr(Ⅵ),而且通过在地下多孔介质中建立有效的还原区域,从而能够在一定时间内持续性地处理Cr(Ⅵ)。柱实验结果中所观察到的多硫化物实际添加量与理论值之间存在的偏差可能是由于土壤复杂性造成的。因此,采用ISRM技术现场修复应适当加入过量还原剂以保证实际修复效果。     

多硫化钙与亚铁盐联用去除工业废水中的Cr(Ⅵ)

还原稳定化修复技术是当前重金属污染修复领域的主要技术,其中,重金属去除率和环境扰动是评价修复效果的重要指标.以不同pH重铬酸钾溶液模拟Cr(Ⅵ)污染水体,分别研究了多硫化钙、硫酸亚铁和二者联用对水体重金属Cr(Ⅵ)的还原稳定性,同时考察了环境因素对药剂联用的影响并探究各药剂对Cr(Ⅵ)的去除机理.结果表明:当多硫化钙与硫酸亚铁投加比例为1:2时,药剂联用对Cr(Ⅵ)和总Cr的去除效果均优于单独施加药剂时的去除效果且还原产物较稳定,对体系扰动作用相对较小;低pH和较高温度有利于联用药剂对Cr(Ⅵ)的去除,HCO3-、Cl-、Mn2+的加入有利于去除Cr(Ⅵ),Fe3+对 Cr(Ⅵ)去除表现为低浓度抑制、高浓度促进;经反应产物成分分析,多硫化钙与硫酸亚铁反应生成了具有催化效果的FeS,提高了修复效果.以上研究结果可为后期Cr(Ⅵ)污染水体的控制和修复提供参考.     

铁屑去除地下水中Cr6+的试验研究

以铁屑和纯Fe0为供试介质处理地下水中Cr6 ,在不调节原水pH值情况下,通过室内对比试验发现铁屑比纯Fe0的去除效率高,且可使处理后水中Cr6 达到地下水质量标准的Ⅲ类标准,确定出铁屑去除Cr6 的最佳运行参数:铁屑与Cr6 的重量比为1395:1,反应时间为40 min,并分析讨论了其去除机理.     

紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原水中Cr(Ⅵ)机理及影响因素

采用紫外活化过硫酸盐/甲酸体系所产生的还原性二氧化碳阴离子自由基(CO_2~(·-)),研究了水溶液中高浓度Cr(Ⅵ)的去除效果;使用电子自旋共振(ESR)技术,鉴定识别了体系中产生的活性自由基;分析了体系的活化机理及其对Cr(Ⅵ)的还原机制;考察了过硫酸盐投加量、初始pH、腐殖酸、无机阴离子(Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-)及初始Cr(Ⅵ)浓度等对Cr(Ⅵ)去除的影响。结果表明:紫外活化过硫酸盐/甲酸体系可以有效还原Cr(Ⅵ),当过硫酸钠与甲酸浓度分别为20 mmol·L~(-1)和40 mmol·L~(-1),未调初始pH为2.4时,初始浓度为200 mg·L~(-1)Cr(VI)在50 min内基本完全可被还原;此外,Cr(Ⅵ)还原去除率随过硫酸盐浓度升高而增强,在酸性条件下(pH=2.4),体系对Cr(Ⅵ)的还原效率最高,随着pH的增大,还原效率明显降低。进一步研究表明, Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-对Cr(Ⅵ)的还原都存在抑制作用,在相同浓度下,其抑制程度分别为HCO_3~-NO_3~-Cl~-,腐殖酸也对Cr(Ⅵ)的去除存在抑制作用。紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原Cr(Ⅵ)过程符合零级反应动力学方程,其动力学常数为78.467μmol·(L·min)~(-1)。本研究结果为Cr(Ⅵ)废水的处理提供了一种高效的还原新技术。     

废铁屑-改性粉煤灰联用处理铬渣渗滤液

针对铬渣严重污染环境问题,以"以废治废"为研究目标,采用室内静态实验方法,进行废铁屑-改性粉煤灰联用处理铬渣渗滤液中Cr(Ⅵ)和总铬实验研究。实验结果表明,废铁屑与聚合氯化铝改性粉煤灰联用处理Cr(Ⅵ)和总铬效果优于单独采用其中一种物质;处理Cr(Ⅵ)浓度208 mg/L、总铬浓度260 mg/L的200 m L高浓度含铬废水最佳反应条件为:反应时间30 min,总投加量40 g,配比为1∶1,pH值4.1,对应Cr(Ⅵ)去除率99.93%,总铬去除率99.72%。处理后水质满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)要求。     

纳米ZrO2-SRB颗粒对酸性铬和氟污染地下水的修复

为使北京某地区地下水中超标污染物F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)等离子得到有效处理,基于微生物固定化技术,将所合成的纳米ZrO_2~-聚丙烯酰胺杂化材料作为包埋剂,对硫酸盐还原菌(SRB)进行固定化处理形成纳米ZrO_2-SRB颗粒,通过单因素实验优化了纳米ZrO_2-SRB颗粒对污染地下水的最佳反应条件。结果表明:当SRB投加量为35%、杂化材料投加量为300 mL、温度为35℃时,对地下水中F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)的去除率分别为92.4%、99.8%、99.7%、70.4%。还原和吸附动力学拟合结果表明:SRB对Cr(Ⅵ)、SO_4~(2-)的还原过程符合一级还原动力学;杂化材料对F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)的吸附过程符合二级吸附动力学。以上结果为处理铬和氟污染地下水提供重要的参考依据。     

Cr(Ⅵ)污染的微生物修复技术及研究进展

Cr(Ⅵ)污染的防治与修复问题一直受到广大学者的高度关注,常规物理、化学修复技术去除Cr(Ⅵ)的经济性较差,易造成二次污染,微生物修复技术可将有毒的Cr(Ⅵ)还原为相对无毒的Cr(Ⅲ),是一种环保高效的修复技术。综述了Cr(Ⅵ)污染的来源及危害,介绍了目前所分离的Cr(Ⅵ)还原菌株及其修复Cr(Ⅵ)的影响因素,概述了国内外微生物修复Cr(Ⅵ)污染的研究进展,旨在为Cr(Ⅵ)微生物修复技术的实践应用提供理论依据。     

一株典型伯克氏菌对Cr(Ⅵ)/Cu(Ⅱ)复合污染的吸附转化

工业废水和环境污染中往往含有两种或以上的金属离子,因此筛选分离能吸附多种重金属的菌株是利用微生物技术治理环境重金属污染的关键。从剩余污泥中筛选获得一株能耐受重金属Cr和Cu的细菌,经鉴定为伯克氏菌(Burkholderia sp.),命名为Y-12,用于开展水体Cr(Ⅵ)/Cu(Ⅱ)复合污染微生物吸附转化研究。结果表明,Y-12对Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附规律不同。随时间延长,Cr(Ⅵ)的去除率逐渐增大,但是共存Cu(Ⅱ)的去除率在2.00h达到最大值之后却又逐渐被解吸出来;Y-12去除Cr(Ⅵ)/Cu(Ⅱ)复合污染的最佳pH为6,强酸条件下,Y-12对Cr(Ⅵ)的吸附受到抑制,而当溶液pH为9时,Y-12主要通过还原作用对Cr(Ⅵ)进行解毒;Cr(Ⅵ)浓度越大越不利于Cr(Ⅵ)的去除,溶液中Cu(Ⅱ)浓度变化对Cr(Ⅵ)去除没有显著影响。由此可见,在适宜环境条件下,Y-12能有效去除水体中Cr(Ⅵ)/Cu(Ⅱ)复合污染,具有广泛的应用前景。     

改性天然菱铁矿去除水中六价铬

六价铬Cr(Ⅵ)是地下水污染的重要组分之一。近几年吸附法除铬被广泛应用。为了强化Cr(Ⅵ)的去除效率,对成本低廉的天然菱铁矿进行了改性,并研究了最优改性条件及其对Cr(Ⅵ)的吸附特性。经过不同温度的灼烧改性发现,在500℃灼烧20 min时改性材料去除地下水中Cr(Ⅵ)的效率最高,在25℃时其吸附容量可达0.092 mg/g,吸附效率为92%。通过一系列的静态批实验,考察了最优改性菱铁矿对水中Cr(Ⅵ)的吸附效果。结果表明,二级吸附动力学模型可以更好地描述不同温度下的吸附过程。与Langmuir等温吸附模型相比,等温吸附数据更好地符合Freundlich等温吸附模型。溶液pH对改性天然菱铁矿的吸附效果影响较大,pH在2~8之间吸附容量基本稳定;当pH=8~11时,随着pH升高吸附量明显减小。SEM、比表面积、ZPC测定等结果表明,改性菱铁矿比表面积增大,pHzpc在7.8左右。因此,比表面积、表面电荷的分布等表面性质是改性天然菱铁矿除铬性能强的主要原因。     

利用粉煤灰中活性炭的吸附能力治理含铬废水

通过实验研究指出，运用粉煤灰可同时治理含铬废水中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)。结果表明，粉煤灰用量、废液酸度、振荡时间和温度等均对铬的去除效果存在一定影响。研究揭示，在常温(15～35℃)下，当粉煤灰的掺人比例为1：650、含铬废液pH为4．0～5．5、接触时间为40min时，粉煤灰可同时治理含铬废水中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)，其中Cr(Ⅵ)的去除率在88％左右，Cr(Ⅲ)的去除率可达99％以上。该方法工艺简单，成本低廉，效果优良，具有较好的应用前景。     

不同电子供体和受体对零价铁与微生物协同还原六价铬的影响

采用间歇实验考察了有机质及氧、硝酸盐和硫酸盐对零价铁(Fe0)与微生物协同还原Cr(Ⅵ)过程的影响。实验结果表明,对于Cr(Ⅵ)的去除协同体系明显优于Fe0和微生物单独作用;外加有机质如乙酸钠、乙醇、葡萄糖和腐殖酸可显著地提高协同体系去除Cr(Ⅵ)的效果,反应3 d后Cr(Ⅵ)去除率分别提高了33%、19%、16%和11%;空气对协同体系还原Cr(Ⅵ)过程影响不明显,但硝酸盐明显地抑制Cr(Ⅵ)的还原,且抑制作用随硝酸盐浓度升高而增强;硫酸盐诱导微生物在Fe0表面生成具有强吸附能力和强还原能力的硫铁矿物,促进Cr(Ⅵ)的去除。当硫酸根浓度为960 mg·L~(-1)时,反应2 d后Cr(Ⅵ)去除率提高了39%。在零价铁与微生物协同修复Cr(Ⅵ)污染水体中应充分考虑电子供体和受体的影响。     

载钛活性炭电吸附去除Cr(Ⅵ)的研究

采用sol-gel法制备了载钛活性炭,并用于电吸附处理含铬废水.当Cr(Ⅵ)初始浓度为20 mg/L时,载钛活性炭上施加1.2 V的正向电压,电吸附3 h后的处理水水质满足国家排放标准.研究了载钛活性炭电吸附去除Cr(Ⅵ)的影响因素及TiAC的电脱附再生.     

螺旋载体式厌氧生物膜反应器的除铬性能与机理研究

构建附着生物量大、经久耐用的连续流螺旋载体式厌氧生物膜反应器处理模拟含铬地下水,考察进水Cr(Ⅵ)、碳源投加量、水力停留时间(HRT)及初始pH对反应器除铬效果的影响。结果表明,反应器最优运行参数为碳源投加量35mg/L、HRT为8h、初始pH为4~10。反应器主要通过生物吸收、吸附或者沉淀作用去除Cr(Ⅵ),而10%的Cr(Ⅵ)在出水中以毒性较低的Cr(Ⅲ)态存在。可见,本研究构建的生物膜反应器在地下水污染处理方面具有较大的应用前景。     

李氏禾人工湿地净化Cr(Ⅵ)污染水体的性能研究简

利用湿生铬超富集植物李氏禾构建的三段式波形潜流式人工湿地，研究了湿地系统对Cr（Ⅵ）污染水体的净化效果。结果显示，李氏禾湿地系统对Cr（Ⅵ）污染水体的净化效果明显好于无植物的对照。当进水Cr（Ⅵ）浓度为2.50 mg/L时，李氏禾湿地系统出水Cr（Ⅵ）浓度显著低于对照，说明李氏禾在湿地系统净化Cr（Ⅵ）污染水体中发挥了重要的作用。当进水Cr（Ⅵ）浓度超标150倍（7.50 mg/L）时，李氏禾湿地系统出水Cr（Ⅵ）浓度仍可达到国家地表水环境质量标准（0.05 mg/L），表明李氏禾湿地系统具有很强的Cr（Ⅵ）污染净化能力。沿程Cr（Ⅵ）浓度的变化显示，湿地系统对Cr（Ⅵ）的去除效率随水流方向逐渐降低，Cr（Ⅵ）主要在湿地系统的前两个阶段被去除。     

不同还原药剂修复Cr(Ⅵ)污染土壤的稳定性评估

针对目前铬污染场地修复后的长期稳定性问题,选用轻、重污染土壤和表层渣土混合物为研究对象,在分析其理化特性的基础上,对经CaS_4、FeSO_4·7H_2O和葡萄糖还原后土壤的长期稳定性进行评估,通过设置干燥和淹水2个条件,探究了水分对Cr(Ⅵ)污染土壤长期稳定性的影响。结果表明:针对3种不同类型铬污染土壤,投加CaS_4对土壤中Cr(Ⅵ)的还原效果较FeSO_4·7H_2O和葡萄糖好;在360 d的采样周期内,干燥条件下的3种土壤经CaS_4处理后Cr(Ⅵ)浓度均保持稳定,经FeSO_4·7H_2O和葡萄糖药剂还原后,渣土混合物中Cr(Ⅵ)波动幅度较大,其余2种土壤呈稳定状态;淹水密闭条件下的3种土壤中Cr(Ⅵ)浓度均有下降趋势,特别是渣土混合物在投加FeSO_4·7H_2O和葡萄糖药剂处理后,下降趋势更为明显;在长期稳定性方面,在360 d的实验周期内,与淹水密闭条件相比,经还原修复后的Cr(Ⅵ)污染土壤在干燥条件下的稳定性更强;Cr(Ⅵ)污染土壤经还原后,有效的过量还原剂能在一定程度上抑制土壤中Cr(Ⅵ)浓度变化,且在淹水密闭条件下,土壤中Cr(Ⅵ)浓度呈下降趋势。