PRB技术对PCBs及重金属污染地下水的试验研究

可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier PRB)技术是原位修复污染土壤及地下水的新型技术。试验以多氯联苯(PCBs)及重金属为靶污染物,设计3个PRB反应装置:柱Ⅰ、柱Ⅱ、柱Ⅲ,分别以还原铁粉、废料生铁、废料生铁与活性炭的混合物为反应介质,对PRB技术治理PCBs及重金属污染的地下水的可行性进行试验研究。试验结果表明:进入稳定期,柱Ⅰ、柱Ⅱ、柱Ⅲ对PCBs的去除效率分别为98%,97%,96%;对重金属(Cr、Cd、Pb、As)的去除效率均在97%以上。通过各柱处理,出水水质均达到地下水水质Ⅲ标准。说明PRB技术治理PCBs及重金属污染的土壤及地下水是可行的。     

零价铁PRB技术在地下水原位修复中的研究进展

PRB(可渗透反应墙)是地下水治理中新型的原位修复技术,具有成本低、处理效果好、对环境干扰小等优点,已逐渐应用到实际. 原位修复技术中PRB根据结构的不同可分为单处理系统PRB和多单元处理系统PRB,单处理系统PRB适用于单一污染物、污染浓度较低、污染羽规模较小的场地,多单元系统用于污染场地较复杂、污染种类较多的场地. 零价铁PRB去除地下水中无机污染物及有机组分的反应机理主要是氧化还原反应和还原性脱卤反应. 实际场地PRB的运行中存在的主要问题是零价铁钝化及PRB堵塞,现阶段的解决方法主要包括超声、电化学等,但为了提高PRB技术的实用性,铁材料的解钝化技术、实际场地PRB的设计与安装、PRB体系的长期运行及服务期满后的处置均需进一步的研究探索.      

零价铁PRB修复2,4-DNT污染地下水模拟研究

研究了零价铁(Fe0)作为PRB墙体介质材料去除地下水环境中2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)可行性.通过室内试验研究地下水环境中Fe0去除水相2,4-DNT效果以及降解动力学参数,并结合一假设地下水受2,4-DNT污染的场地,采用Visual Modflow模拟Fe0墙体材料PRB(Fe0-PRB)修复地下水中2,4-DNT降解效果并评价其可行性.结果表明:在模拟过程中,PRB能有效控制并减少污染羽面积,降低污染浓度;污染4a后,污染地下水的2,4-DNT总质量约1.46×104kg,可推知PRB修复达标耗用Fe0材料为8.76×104kg;渗透系数增大导致地下水速率增大,2,4-DNT与墙体Fe0材料接触时间不充分,污染物污染下游地下水,同时也加速PRB上游污染羽面积减少.因此,结合数值模拟是有效的评价PRB介质材料修复地下水污染效果及确定PRB参数的重要手段之一.     

Fe0-PRB修复地下水硝酸盐污染数值模拟

基于地下水对流-弥散作用,采用数值分析方法,构建了GMS地下水渗流和硝酸盐污染物迁移三维耦合模型.在污染物迁移过程中,不考虑吸附降解和考虑吸附降解两种工况下,分析了污染物在地下水中的迁移特征.结果表明:地下水和土壤存在天然净化污染物的能力,但不显著,必须采取有效措施控制污染.以零价铁作为PRB墙体介质,并用GMS软件模拟Fe0-PRB修复地下水中硝酸盐的效果.PRB存在时能显著控制污染物的污染范围并降低污染物浓度.PRB厚度为4m时,污染物经过550d开始透过PRB墙,PRB运行10a后,1、2、3号观测井的浓度分别1.712,0.011,0.018mg/L,PRB下游污染羽拖尾明显;PRB厚度为6m时,污染物经过850d开始透过PRB墙,PRB运行10a后,1、2、3号观测井的浓度分别0.52,0.004,0.005mg/L,与4mPRB相比浓度分别降低69.6%、63.6%和72.2%,PRB下游污染羽拖尾仍存在但不明显.污染物迁移数值模拟是评价PRB修复污染地下水效果及确定PRB参数的重要手段.     

介质配比对PRB修复效率的影响

用零价铁和活性炭作为PRB反应介质,以Cr(Ⅵ)污染地下水为例,研究介质配比对PRB修复效率的影响。零价铁对Cr(Ⅵ)具有还原作用,活性炭具有吸附作用,调整二者的配比,产生不同的处理效果。当零价铁和活性炭质量分数分别占40%、30%时,单位Fe0对Cr(Ⅵ)的去除能力最强。出水总体积<96.5L时,Cr(Ⅵ)浓度均小于0.05mg/L,符合饮用水卫生标准。各反应柱修复过程中,体系内的pH均有所上升。     

改性生物炭负载nZVI对土壤Cr(VI)的修复差异研究

考察了生物炭(BC)、酸洗生物炭(HCl-BC)和纳米零价铁负载生物炭(n ZVI-HCl-BC)对土壤中Cr(VI)还原和总Cr形态转化的影响.结果表明,生物炭对Cr(VI)还原率随土壤含水率的升高而显著提高.在较高土壤含水率(70%)条件下,各生物炭对Cr(VI)的最高还原率排序为:HCl-BC(97.26%)n ZVI-HCl-BC(88.36%)BC(87.61%).在不同Cr(VI)污染水平下(150、300、600和900 mg·kg~(-1)),HCl-BC对土壤中Cr(VI)的还原率最高.随Cr(VI)含量升高,BC和HCl-BC对Cr(VI)的还原率呈降低趋势,而n ZVI-HCl-BC对Cr(VI)的还原率为先降低后升高.形态分析表明,生物炭在不同程度上增加了土壤中Cr残渣态的比例:n ZVI-HCl-BC(11.58%)HCl-BC(9.53%)BC(1.42%),表明生物炭对土壤Cr起到稳定作用.综上,改性生物炭显著促进Cr(VI)还原及总Cr向残渣态转化,表明其具有修复Cr污染土壤的潜力.     

铬污染土壤的微生物修复技术研究进展

在总结国内外相关研究基础上,介绍了土壤环境中铬（Cr）的污染来源、现状及其对生物的危害,阐述了Cr在土壤中的存在形态和转化机理,并重点综述了土壤重金属Cr（VI）污染的微生物修复机理：土壤中的Cr可以在微生物还原作用、生物吸附、富集等作用下降低其生物可利用性和毒性,从而达到Cr污染土壤修复的目的.此外,针对微生物修复过程中存在的问题,提出了提高微生物修复Cr污染土壤效果的措施,并对土壤Cr污染微生物修复的发展趋势进行了展望.     

渗透式反应墙技术修复铬污染地下水的研究进展

我国地下水铬污染问题日益凸显,铬污染地下水的修复治理极为迫切。渗透式反应墙技术(PRB)作为一种地下水修复的新型技术,可实现铬污染地下水持续原位处理。归纳总结了PRB技术修复铬污染地下水常用的活性填料、工程应用中的关键设计参数和施工工艺,在此基础上扼要分析了PRB技术实现工程化应用过程中存在的主要问题及展望。     

植物微生物燃料电池修复Cr(Ⅵ)污染湿地土壤及机理研究

本研究通过引入沼生植物香蒲构建植物微生物燃料电池系统(P-MFC)修复Cr(VI)污染湿地土壤,考察了植物、不同初始Cr(VI)浓度对系统产电及去除效率的影响.结果显示,香蒲种植能显著提高P-MFC运行性能,系统最大功率密度与Cr(VI)去除率分别提高至23.83 mW·m~(-2)、33.01%,随着Cr(VI)暴露浓度的升高,系统运行性能降低.利用P-MFC修复Cr(VI)污染土壤过程中,电化学还原作用是Cr(VI)去除的主要机制,近90%的Cr(VI)通过电化学还原去除,系统中0.3%～1.86%的Cr(VI)被香蒲吸收富集,3.5%～9.5%的Cr(VI)被微生物与还原性有机物直接还原.通过高通量测序技术分析发现,香蒲种植与低浓度Cr(VI)暴露下阳极微生物群落多样性较大,优势门类Proteobacteria相对丰度最高为63.9%,较未种植香蒲与高浓度Cr(VI)暴露条件下提高了3.4%～19.0%,电化学活性微生物Geobacter相对丰度最高为12.4%,较未种植香蒲与高浓度Cr(VI)暴露条件下提高了4.4%～6.8%.系统中对Cr(VI)具有较强耐受性与还原能力的Acinetobacter、Bacillus占有较大比例,且相对丰度随暴露浓度升高而增大,最高分别为19.0%、14.4%,进一步说明微生物群落在Cr(VI)去除上发挥了一定作用.上述结果表明,P-MFC在去除湿地土壤Cr(VI)污染方面具有良好的潜力.     

重金属污染地下水修复的渗透反应墙技术

针对地下水重金属污染的不可预见性、污染范围广、持续时间长、污染浓度高、应急处理困难等特点,本文设计了一种混合介质可渗透反应器对受重金属污染的模拟地下水进行处理试验,研究了这种混合介质可渗透反应器对地下水中重金属的去除效果。结果表明:由磷灰石和电石渣组成的混合介质可渗透反应器对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)都有很好的去除效果,其中对Cu(Ⅱ)的去除率为95.10%,对Cr(Ⅵ)的去除率为95.78%,处理后的地下水pH值也提高到8.5左右,说明采用这种混合介质的渗透反应墙技术对修复地下水重金属污染是可行、有效的。     

Al(III)对糖浆溶液中有机还原物质还原六价铬的影响

通过批实验研究了Al(III)对糖浆溶液化学还原六价铬反应的影响,揭示了不同条件下Al(III)对六价铬还原反应动力学的影响.结果表明:Al(III)能够促进糖浆溶液还原六价铬反应进行;其作用机制是Al(III)与糖浆溶液中有机还原物质及Cr(VI)反应形成三者的络合物,降低糖浆中多酚等有机还原物质还原Cr(VI)的反应活化能,提高六价铬还原反应速率.Al(III)存在时,该六价铬还原反应符合准一级动力学反应; pH 2.0,2.5,3.0,3.5时,添加Al(III)的实验组中六价铬反应速率常数比对应的空白对照组中反应速率常数分别增加了0.0251,0.0139,0.0058, 0.0048h-1.添加Al(III)前后反应体系中六价铬还原的反应活化能(Eа)分别为66.38,62.80kJ/mol.当糖浆浓度不足时,Al(III)能够提高糖浆溶液还原六价铬的反应去除率.     

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%.      

非正规垃圾填埋场土壤和地下水重金属污染特征与评价

为了解非正规垃圾填埋场土壤和地下水重金属污染状况,以江西乱石湾垃圾填埋场周边土壤和地下水为研究对象,对研究区进行采样分析,应用内梅罗综合污染指数法和美国环保局地下水健康风险评价模型对该垃圾填埋场土壤和地下水中重金属污染物进行含量特征分析与评价。结果表明,Cr(Ⅵ)、Cd、Cu、Pb重金属是填埋场土壤中的主要污染物,区域所有采样点的内梅罗综合污染指数平均值为2. 20,说明土壤受中度重金属污染; Cr(Ⅵ)是填埋场地下水的主要污染物,所有采样点的综合污染指数平均值为0. 89,说明地下水总体处于警戒线等级;致癌健康风险值在2. 32×10~(-4)～1. 69×10~(-3)/a之间,是国际委员会推荐值的4. 64～33. 8倍,致癌风险水平为Cr(Ⅵ)NiAsCd;非致癌健康风险值在2. 54×10~(-10)～9. 72×10~(-9)/a之间,致癌类重金属的个人年健康风险值是非致癌类重金属的10~5～10~6倍,说明该区域的致癌风险极大,应引起重视。     

Enhanced remediation of Cr（Ⅵ）-contaminated groundwater by coupling electrokinetics with ZVI/Fe3O4/AC-based permeable reactive barrier

Although widely used in permeation reaction barrier（PRB） for strengthening the removal of various heavy metals, zero-valent iron（ZVI） is limited by various inherent drawbacks, such as easy passivation and poor electron transfer. As a solution, a synergistic system with PRB and electrokinetics（PRB-EK） was established and applied for the efficient removal of Cr（Ⅵ）-contaminated groundwater. As the filling material of PRB, ZVI/Fe₃O₄/activated carbon（ZVI/Fe₃O₄     

菌株Enterobacter sp. L6异化Fe(III)还原及Cr(VI)还原的性质分析

Cr（VI）是一种毒性极强的重金属,利用微生物还原Cr（VI）为Cr（III）是解决Cr（VI）污染的一条有效途径。菌株Enterobacter sp. L6是一株分离自海洋沉积物中的异化铁还原细菌。接种时细胞密度A₆₀₀为（0.25±0.03）,培养12 h,A₆₀₀达到（1.04±0.05）,累积产生Fe（II）浓度为（0.80±0.03）mmol/L;随着培养时间的延长,细胞密度A₆₀₀和累积产生Fe（II）浓度开始下降;培养36 h时,细胞密度A₆₀₀为（0.81±0.04）,累积Fe（II）浓度（0.63±0.01）mmol/L。在厌氧培养过程中,菌株L6细胞生长与异化还原Fe（III）性质存在明显的偶联关系。利用菌株L6的异化铁还原性质还原Cr（VI）的实验结果表明,在Cr（VI）浓度0～24 mg/L范围内,异化铁还原细菌L6都能进行细胞生长并还原Cr（VI）。Cr（VI）浓度为4、8和12 mg/L时,菌株L6对Cr（VI）还原率可达到100%,当Cr（VI）浓度为16 mg/L时,Cr（VI）还原率是参比[未添加Fe（III）]的2.11倍。Cr（VI）浓度为20、24 mg/L时,仍能够还原Cr（VI）。以Fe（III）为电子受体的异化铁还原细菌能明显提高Cr（VI）还原率,这为利用微生物修复Cr（VI）污染提供实验数据支持。     

中试尺度下连续式可渗透反应墙修复Cr(Ⅵ)污染地下水效果评估

以Cr(Ⅵ)污染地下水场地为例,基于室内模拟实验确定的PRB墙体尺寸及反应介质,建设了国内首座连续式PRB装置,自墙体建成后运行10个月内,对墙体内外监测井水位、水环境指标进行了 4次监测.结果表明:PRB墙体内地下水流速＞周边含水层中地下水流速,地下水流向虽局部有所改变,但总体上仍垂直穿过PRB墙体,未出现绕流现象;...     

海藻酸钠固定化Fe-Cu双金属去除Cr(Ⅵ)的作用机制

通过运用海藻酸钠(SA)固定化Fe-Cu双金属(SAB)来克服Fe0-PRB利用率低、易板结、堵塞的缺陷.结果表明,SA和Fe-Cu双金属的运用能极大地提高Fe0的利用率,SA的运用可以使Fe-Cu双金属以较低的镀铜量获得较高的Cr(Ⅵ)去除率,SAB镀铜0.9%(SAB0.9)为最佳的填料.FEI电镜扫描结果表明,SA跟2价金属阳离子Ca2+交联形成孔隙结构,为双金属的附着提供了大量的吸附点位,增大了金属颗粒的比表面积;场发射扫描电子显微镜(FESEM)及X-射线光电子能谱(XPS)结果表明,Cu负载于Fe0表面,呈疏松层状结构,在Fe0与Cr(Ⅵ)反应中起催化剂作用,通过自身化合态变化传递Fe0失去的电子,从而提高了Fe0的利用率.渗透系数实验结果表明,SAB0.9能控制Fe0与Cr(Ⅵ)反应产物的释放,缓解Fe0-PRB易板结、堵塞的缺陷.     

铁屑—粉煤灰与Fe~0—粉煤灰处理地下水中Cr(Ⅵ)的对比试验研究

为有效地去除地下水中低浓度的Cr(Ⅵ),以铁屑-粉煤灰为供试介质,通过最小二分法在不改变原水状态下进行了室内分析化验,并以Fe0-粉煤灰为对比,结果表明这两种介质对含Cr(Ⅵ)地下水均有较好的处理效果,处理后水中Cr(Ⅵ)可达到地下水质量三级标准,且实验结果重现性良好.通过对比发现在相同条件下铁屑一粉煤灰优于Fe0-粉煤灰,其原因主要是二者成分的差别.分析讨论其去除机理主要是原电池作用、氧化还原及共沉淀作用.