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.     

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.     

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.     

地下水化学成分对植物油改性纳米铁还原硝基苯影响

研究了不同地下水化学成分(pH值、Ca2+、Fe2+、Cl-、SO42-)对VOMNI降解硝基苯(NB)的影响.结果表明,经乳化油改性后,纳米铁团聚现象得到改善,分散性提高;VOMNI对硝基苯的还原过程符合一级反应动力学方程,反应速率常数为0.0783min-1;酸性条件下更有利于硝基苯的降解和苯胺的生成;钙硬度对VOMNI还原硝基苯有抑制作用;Fe2+、SO42-、Cl-对硝基苯的降解和苯胺的生成有一定的促进作用.     

改性纳米铁原位反应带修复范围影响因素研究

为了解蔗糖改性纳米铁原位反应带在地下含水层中的形成规律,在二维模拟装置中创建原位反应带,研究了石英砂介质颗粒大小?地下水流速?浆液注入浓度?注入量及注入方式对反应带修复范围的影响.结果表明:反应带宽度随介质粒径及地下水流速的增加而增大,粗砂中反应带宽度约为细砂的3倍;当地下水流速由0.1m/d增加到1.0m/d时,反应带宽度分别增加了14.9%和106.4%.浆液分次注入的方式可使反应带初始宽度增加19.8%;较小的浆液浓度有利于反应带在水流方向和含水层垂向修复范围的扩展.     

模拟地下水中重碳酸盐浓度对零价铁还原硝基苯的影响

通过静态试验研究了重碳酸盐浓度在0,100,300,500,800mg/L时对零价铁还原硝基苯的影响,检测反应过程中硝基苯和苯胺的浓度变化,同时检测溶液中pH值、Eh、Fe2+、CO32-的变化,结果表明,重碳酸盐浓度较低(100~500mg/L)时对零价铁还原硝基苯有促进作用,且促进作用随着重碳酸盐浓度的升高而增强.重碳酸盐浓度为500mg/L的反应体系中硝基苯去除率及苯胺生成率最高分别为88%,173mg/L,且在该体系中重碳酸盐对pH值的缓冲能力最强、Eh下降幅度最大,Fe2+浓度最高.重碳酸盐浓度为800mg/L的体系不利于硝基苯的还原.     

纳米过氧化钙对地下水中硝基苯的类-Fenton降解效果

为了探究基于纳米过氧化钙（CaO₂）的类芬顿氧化技术（Modified Fenton,MF）修复污染地下水的可行性,本研究先对纳米CaO₂制备方法进行改进,制备出有效含量高达88.35%的纳米CaO₂粉末;其次,通过分析静态试验中反应体系的pH值、DO以及硝基苯浓度变化,探究纳米CaO₂降解硝基苯的过程和影响因素,确定了硝基苯的降解动力学和最佳反应条件;通过掩蔽实验探究不同自由基的作用效力;最后进行一维模拟柱动态模拟,综合分析评估纳米CaO₂去除硝基苯的机理和效果.结果表明：CaO₂投加量、EDTA-Fe²⁺浓度与硝基苯初始物质的量浓度满足48：8：1时降解效果最佳,其降解曲线符合一级动力学曲线,且反应过程中起主要降解作用的自由基是·OH,但降解效果会受到HCO₃^-、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等离子的影响;一维模拟柱的模拟结果表明,在存在适量铁的条件下,纳米CaO₂可以作为过氧化氢缓释剂,通过类芬顿催化产生自由基降解污染物,这说明纳米CaO₂在场地修复中具有较好的应用前景.     

铁炭法工艺处理硝基苯废水影响因素的研究

应用铁炭法工艺处理含有硝基苯类废水,主要是利用单质铁的还原性质,它可将难生物降解的硝基苯先还原生成亚硝基苯,然后再进一步还原成可生物降解的苯胺。影响反应工艺的因素主要有:反应体系的反应温度、pH值、Eh值、污染物在反应器内的驻留时间、铁炭比和铁屑粒径等。实验得出,在室温和酸性条件下,选择粒径为0.1～2mm的铁屑,控制铁炭比为5:1,当反应时间为60min,硝基苯的还原率可达83.1%;当反应时间为120min时,硝基苯的还原率可达到97.4%。     

工业铁屑(零价铁)还原硝基苯影响因素研究

通过静态试验,研究了初始硝基苯浓度、零价铁含量和pH值对零价铁还原硝基苯的影响.结果表明,在pH值为7,硝基苯初始浓度为311.25mg/L条件下,零价铁含量分别是100、50和25g/L时,硝基苯的降解速率常数分别是-0.02991、-0.0165和-0.00783min-1,零价铁含量越大硝基苯的降解速率越大;在pH值为7,零价铁含量为50g/L条件下,硝基苯的初始浓度分别是127.5,311.25,467.01mg/L时,硝基苯的降解速率常数分别是-0.01532、-0.01235和-0.00891min-1;在硝基苯初始浓度为311.5mg/L,零价铁含量为50g/L条件下,pH值为2.94时,硝基苯的降解速率最大,pH值为7其次,pH值为11.89时的降解速率最小,酸性环境利于零价铁还原硝基苯的进行.由此可见,硝基苯浓初始浓度、零价铁含量和pH值对硝基苯的还原具有重大影响.     

垃圾渗滤液污染含水层不同氧化还原带沉积物的pH缓冲能力

通过砂柱模拟实验研究含水层沉积物的pH缓冲能力及其在不同氧化还原带中的变化.结果表明,pH缓冲容量的本底值为324.93.pH-1mmol/kg,其中阳离子交换缓冲容量、碳酸钙缓冲容量、硅酸盐缓冲容量和次级缓冲容量的本底值分别为41.77.pH-1、86.53.pH-1、47.33.pH-1和149.31.pH-1mmol/kg.产甲烷带/硫酸盐还原带(MGZ/SRZ)、铁还原带(IRZ)、硝酸盐还原带(NRZ)和氧还原带(ORZ)中总的pH缓冲容量相对于本底值依次分别增加了12.4%、10.8%、19.8%和11.1%;各氧化还原带沉积物中的交换性阳离子(CEC)和交换性盐基离子(BEC)均小于本底值的11.59.pH-1和8.52.pH-1mmol/kg,各氧化还原带沉积物的盐基饱和度先升高后降低,都高于本底值的63.47%.因此,含水层沉积物有较强的pH缓冲能力.对垃圾渗滤液污染含水层不同氧化还原带沉积物pH缓冲能力的研究可为污染场地的修复提供理论依据.     

铁氧化物与电子供体基质交互作用对红壤性水稻土中DDT还原脱氯影响

铁氧化物与电子供体基质交互作用对电子转移及具有脱氯功能的铁还原菌生长有重要影响,进而可能影响土壤中多氯代有机物的还原脱氯降解.本研究采用土壤厌氧培养实验,分析铁氧化物(针铁矿)和电子供体基质(正丁酸和乙醇)及其交互作用对红壤性水稻土中DDT脱氯的影响及其机制.结果表明,由于DDT脱氯降解,DDT及其降解产物与土壤形成结合态残留,厌氧培养6周后,土壤中DDT可提取态残留量仅为初始量的1.29%~2.01%.DDT厌氧脱氯降解的主要产物为DDD.在培养前期,加入正丁酸和乙醇使反应体系的pH降低Eh增加,进而不利于DDT还原脱氯降解.添加针铁矿或者同时添加针铁矿和电子供体基质均使反应体系的pH增加Eh降低,并且增加土壤中二价铁的量,从而促进DDT还原脱氯降解.正丁酸和铁氧化物对DDT还原脱氯无显著交互作用,而乙醇和铁氧化物对DDT还原脱氯具有拮抗作用.本研究结果对于制定DDT污染土壤的高效原位修复技术方案具有重要意义.     

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%.     

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.      

过硫酸盐氧化地下水中BTEX效果及水化学响应

过硫酸盐(S_2O_8~(2-))在修复地下水有机污染方面得到广泛应用。为揭示过硫酸盐氧化处理汽油BTEX污染地下水的效果及其向生物降解转化的特征,以过硫酸钠为氧化剂,建立含水箱柱系统模拟场地汽油BTEX污染地下水的原位化学氧化修复。结果表明,含水层中内在生物作用对高浓度BTEX的降解作用不理想;过硫酸盐对处理地下水BTEX污染有一定的效果,当PS/BTEX(摩尔比)=20时,氧化效果明显,其中苯浓度的衰减系数最大,能使难生物降解的苯优先去除。pH、ORP值、NO_3~-等水化学指标的改变能反映化学氧化作用向生物降解作用转化,是比较理想的过渡特征指标。     

pH值对纳米零价铁吸附降解2,4-二氯苯酚的影响

在不同pH条件下,对纳米铁(颗粒粒径为30～40 nm)及其降解2,4-二氯苯酚反应体系进行取样,并进行透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜-能谱联用(SEM-EDX)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等形貌观测与分析表征,以考察pH值在纳米零价铁降解氯酚反应过程中的影响和作用.结果表明,在降解2,4-二氯苯酚的过程中纳米铁由分散的颗粒逐渐团聚,其表面逐渐氧化,并最终被呈针状结晶的碱式氧化亚铁(FeOOH)覆盖,从而阻碍了降解反应的进一步进行.在酸性体系中,纳米零价铁的氧化和团聚现象有所缓解,尽管会造成一部分铁量的损失,但反应产生大量的亚铁离子参与并促进了脱氯降解反应的进行,反应过程中溶液pH值有逐渐升高的趋势.不同pH条件下,纳米铁对氯酚的去除率随pH值的降低而升高,酸性条件有利于提高氯酚的还原降解速率,当pH=3时,24 h内氯酚的去除率可达到90%以上.     

镀铜铁内电解法用于甲基橙的脱色研究

采用镀铜铁内电解法对甲基橙染料废水进行了降解脱色研究,考察了pH、铁屑投加量、反应时间、初始浓度对脱色效果的影响,并对镀铜铁内电解降解甲基橙的过程进行了原位循环伏安跟踪监测。结果表明:最佳反应条件为酸性条件pH值2~4,铁屑投加量为400g/L,反应时间为100min,脱色率为96.0%;镀铜铁内电解降解甲基橙过程发生了氧化还原反应,生成了甲基橙的氧化产物与还原产物。     

纳米零价铁去除水中微量N-亚硝基二甲胺的研究

采用纳米零价铁催化降解水中微量N-亚硝基二甲胺(NDMA),并研究了溶解氧、纳米铁投加量、NDMA初始浓度、初始pH值、温度对纳米铁降解NDMA的影响.结果表明,纳米铁可以在中性厌氧条件下有效降解NDMA,作用效果远胜于普通铁粉;其对NDMA的去除速率随着纳米铁投加量的增加而增大,但与NDMA初始浓度无关;pH值降低或温度升高均有利于NDMA的降解.纳米铁降解NDMA存在一个启动期,启动期的长短与pH值和反应温度有关,提前活化纳米铁能有效提高反应速率.NDMA的降解产物主要是DMA和NH4+,其他产物如UDMH需进一步确认.     

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%.     

不同剩余污泥发酵液对NO_x~-还原的影响

在(35±1)℃,且pH值分别为酸性(pH=4.0,5.0,6.0)和碱性(pH=8.0,9.0,10.0)条件下进行剩余污泥厌氧发酵,批次试验研究了相同体积的不同污泥发酵液对NO_x~-还原过程的影响.结果表明:当pH=8.0产生的发酵液做碳源时反应速率最高,NO_3~-和NO_2~-的比还原速率分别为16.28mg/(g VSS·h)和17.51mg/(g VSS·h).酸性条件产生的发酵液做碳源时NO_2~-还原过程较NO_3~-还原过程快;而碱性条件产生的发酵液做碳源时NO_3~-还原速率高,且产生了反硝化过程中亚硝酸盐积累现象,其中pH=10.0产生的发酵液做碳源时反硝化过程亚硝积累率高达82.5%.