Cr(Ⅵ)污染地下水修复的PRB填料实验研究

Fe0与Cr(Ⅵ)发生表层反应使Fe0-渗透反应墙(PRB)利用率极低且易板结、堵塞.针对Fe0利用率低,易板结、堵塞问题,研究了不同高分子材料包裹铁粉对受污染地下水中Cr(Ⅵ)的去除影响;实验结果表明,海藻酸钠(SA)作为包裹材料效果最好.FEI电镜扫描及EDX能谱分析结果表明,SA跟2价金属阳离子Ca2+交联形成孔隙结构,不仅为零价铁的附着提供了大量的吸附点位,还可使Cr(Ⅵ)进入到内部与铁粉反应.考察了SA包裹零价铸铁粉(SAC)和包裹还原铁粉(SAR)对Cr(Ⅵ)的去除影响;实验结果表明,SAC除铬性能是SAR的2倍.SAC填料工艺参数优化后,符合一级反应动力学;采用SAC填料进行动态实验,反应完全后铬/铁比高达32.25 mg.g-1,且填料仍然保持较高的渗透系数(2.38 cm.s-1);对SAC填料进行成本分析发现,SAC填料具有明显的价格优势,相比零价铸铁粉混砂填料节约成本76.56%.采用SAC填料治理Cr(Ⅵ)污染地下水是可行的.     

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.      

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。     

地下水污染修复的零价铁PRB技术

零价铁可渗透反应墙(Fe0-PRB)技术,已被证明是一项修复由卤代烃、卤代芳烃和有机氯农药以及一些有毒金属(如铬、硒、铀、砷和锝等)引起的地下水污染的有效技术.本文总结了国内外利用零价铁PRB修复受污染地下水的研究成果和动态,并结合当前该技术面临的问题分析了研究方向和发展前景.     

实验条件对固定化铁粉填料除Cr(Ⅵ)特性的影响

Fe0与Cr(Ⅵ)反应,Fe0极易团聚,利用率极低。通过运用海藻酸钠(SA)固定化铁粉(SAC)来克服Fe0易团聚、利用率低的缺陷。实验结果表明:固定化材料的应用能显著提高零价铁去除Cr(Ⅵ)的能力。FEI电镜扫描及EDX能谱分析结果表明,SA跟2价金属阳离子Ca2+交联形成孔隙结构,不仅为铁粉的附着提供了大量的吸附点位,还可使Cr(Ⅵ)进入到内部与铁粉反应。温度在10²0℃对固定化铁粉填料的除铬性能影响不大;摇床速率越快此填料除铬速率越快,但对Fe0的最终利用率影响不大;pH对填料除铬性能影响很大,酸性条件下去除率最高;此填料在一定程度上会提高含铬废水的pH,但最终都在中性范围波动。     

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。     

垃圾渗滤液对地下水污染的PRB原位处理技术

以被垃圾渗滤液污染的地下水为研究对象,分别用零价铁、零价铁和活性炭、零价铁和沸石的混合物作为反应介质,设计了3种地下可渗透反应器(PRB),分别为反应器A、B和C,对PRB技术治理污染地下水的可行性和有效性进行实验模拟研究.反应器的设计充分考虑了反应器的渗透能力与周围地层介质渗透能力的关系.实验结果表明:反应器A、B、C对COD的去除率分别达到80%、90%、70%以上,BOD₅/COD值由0.32分别升高至0.781、0.728、0.716,总氮从50mg/L都降到10mg/L以下,NH₄⁺的去除率达到78%～91%.反应器C中的沸石对重金属和硬度表现出良好的去除效果,其中Mn、Zn离子和硬度的去除率分别达到90%、80%和81%,说明PRB技术治理渗滤液污染的地下水是可行的.     

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.     

零价铁去除三氯乙烯及四氯乙烯对比实验研究

文章以三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)为目标污染物,采用批实验方法,研究零价铁的纯度、粒径、投加量对零价铁去除氯代烃的影响,同时分析TCE、PCE两种污染物共存对零价铁去除TCE和PCE的影响。实验结果表明:(1)在实验范围内,零价铁的纯度越高,粒径越小,投加量越大,零价铁对TCE和PCE的去除效果越好;(2)零价铁对四氯乙烯的去除效果比对三氯乙烯的去除效果好;(3)三氯乙烯、四氯乙烯共存时会相互竞争与零价铁的反应位点,从而降低各组分的去除效率。     

三种零价铁对土壤中六氯联苯PCB138降解研究

采用纳米级零价铁、镍铁双金属和微米级零价铁在常温常压条件下还原降解土壤中的六氯联苯PCB138,GC-MS分析降解产物。结果表明,3种零价铁对土壤中的PCB138均有明显的降解效果。在实验条件下,随着3种零价铁投加量的增大,土壤PCB138的降解率也随之升高。反应体系初始p H值越低,3种零价铁对土壤中PCB138的降解效果越好。在20~60℃实验条件下升高温度对土壤中PCB138含量影响不大。动力学分析显示,纳米级零价铁、镍铁双金属和微米级零价铁对土壤中PCB138降解过程均符合一级反应动力学,反应速率常数分别为0.015 46/h、0.019 37/h和0.009 89/h。3种零价铁粉比表面积和扫描电镜分析结果显示,纳米级零价铁和镍铁双金属的比表面积比微米级零价铁粉大600~800倍,其表面形态更利于污染物质发生还原降解反应。     

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.     

零价铁PRB修复硝酸盐和铬复合污染地下水

通过连续流动试验研究了Fe0(零价铁)-PRB(渗透反应格栅)修复受NO₃--N、Cr(Ⅵ)以及NO₃--N和Cr(Ⅵ)复合污染模拟地下水的反应特性,分析了Fe0对NO₃--N和Cr(Ⅵ)的氧化还原产物,并且对NO₃--N和Cr(Ⅵ)的相互影响进行了研究. 采用粒径为0.15～0.42 mm的Fe0和粒径为0.15 mm的活性炭作为PRB反应介质,二者的质量比为1∶1. 结果表明,Fe0单独与NO₃--N反应情况下,当进水中ρ(NO₃--N)为20 mg/L时,去除率达95%,NO₂-为还原过渡状态,NH₄+是主要产物,出水pH从原水的7.1升至9.0左右,出水中ρ(TFe)<0.60 mg/L. Fe0处理Cr(Ⅵ)情况下,对Cr(Ⅵ)有较高的去除效果,进水中ρ〔Cr(Ⅵ)〕为10 mg/L时,去除率达96%,反应产物Fe3+和Cr(Ⅲ)可以形成沉淀附着在反应介质上,不会迁移到“下游”水体中,出水pH从原水的7.0升至8.0左右,出水中ρ(TFe)<0.30 mg/L. Fe0去除NO₃--N和Cr(Ⅵ)复合污染时,共存的NO₃--N对Cr(Ⅵ)的去除效果没有影响,Cr(Ⅵ)的存在降低了NO₃--N的去除效果.      

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.     

双金属和多金属系统对零价铁利用效率的改进

为解决Fe0-PRB(零价铁-渗透反应格栅)中Fe0利用效率低、易板结堵塞的问题,分别采用粒径为0.074 mm的试剂铁粉和0.150～0.270 mm的工业铁粉为反应介质,在铁粉表面负载不同比例的Cu或Ni制备Cu/Fe、Ni/Fe双金属和Cu/Ni/Fe多金属颗粒,研究Fe0、双金属和多金属系统去除Cr(Ⅵ)的性能、机制.结果表明:双金属和多金属系统的Cr(Ⅵ)去除率明显高于Fe0,试剂铁粉的Cr(Ⅵ)去除率明显高于工业铁粉.反应8 h达到平衡后,试剂铁粉和工业铁粉的Cr(Ⅵ)去除率仅为45%和20%,Cu/Fe双金属、Cu/Ni/Fe多金属的Cr(Ⅵ)去除率均能达到90%以上,以试剂铁粉和工业铁粉制备的Ni/Fe双金属的Cr(Ⅵ)去除率最高分别为76.6%和44.0%.不同负载率的双金属和多金属系统反应过程中可溶的ρ〔Cr(Ⅲ)〕较低.反应后溶液的pH从反应前的5.0升至10.0左右.反应初期ρ(TFe)(TFe为总铁)超过了0.30 mg/L,其余时间均达标.反应过程中ρ(Cu2+)均在0.40 mg/L以下,均未检测出Ni2+.研究显示,双金属和多金属系统显著提高了Fe0利用效率.      

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     

用双层PRB技术处理垃圾填埋场地下水污染的可行性研究

设计了双层结构可渗透反应屏障(PRB),对渗滤液污染地下水原位处理的可行性进行实验研究.其中,第一反应器主要填充了零价铁,对复杂的不可生物降解和难生物降解的卤代烃等有机物进行分解;第二反应器主要填充了释氧剂(ORC),对有机物进行彻底的处理.实验结果表明:经过第一反应器后BOD5 COD值由0 32升高至0 75,铵离子和硝酸根离子的去除率分别达到85%和80%;ORC反应器最大释氧量为7 64mg·L-1.采用双层PRB结构治理渗滤液污染地下水是可行的.     

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;...     

海绵铁复合填料强化SBR工艺处理城镇污水研究

以城镇污水为处理对象,通过固定化生物铁填料法对SBR工艺的强化对比试验,考察了海绵铁复合填料应用于污水处理脱氮除磷的优越性。结果表明,装填有海绵铁复合载体填料的微生物固定化体系对污水的处理效果好于普通的SBR反应器:COD和氨氮的平均去除率提高了4%~6%;出水TN浓度值降低了10~20mg/L,且系统稳定效果更好;除磷效率高达92.7%,相比提高了70%以上。同时还设计了海绵铁投加量单因素影响试验对该工艺进行了优化,结果表明:当海绵铁的投加量为120 g/L时,此生物固定化体系对城镇污水的处理效果最佳。