改性纳米铁/炭填充PRB去除地下水硝态氮研究

采用鼠李糖脂对纳米铁进行改性后负载在活性炭上制备出改性纳米铁/炭,将其作为PRB填充材料,并采用有机玻璃柱模拟连续墙式PRB来进行水中硝态氮地去除研究.结果表明：经过改性后的纳米铁能够有效负载在活性炭上,悬浮稳定性得到明显提高;改性纳米铁/炭粒径远大于纳米铁,将其作为填充材料可有效缓解PRB堵塞问题;当纳米铁与活性炭质量比为5：2时,PRB运行效果最佳;pH值越小,污染液硝态氮浓度越低,水流速度越小均有利于硝态氮地去除.     

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%.      

PRB连续反应单元模拟与敏感性分析

根据PRB原理,考虑对流作用、弥散作用、吸附作用、化学反应等因素对溶质运移的影响,设计了连续反应单元. 结果表明,对流作用对溶质运移速度影响较大,吸附作用与化学反应对污染物的去除影响较大. 分析了地下含水层水力传导系数(K_aquifer)及连续反应单元内的水力传导系数(K_cell)对溶质运移的影响. 结果表明,地下含水层K_aquifer较小(K_aquifer为1和5 m/d)时,K_cell取值对溶质运移总量影响不大;当K_cell∶K_aquifer≥10时,增加K_cell值对促进溶质运移作用较小.      

修复铬污染地下水的可渗透反应墙介质筛选

通过实验研究筛选出一种经济、高效的用于修复铬污染地下水的可渗透反应墙(PRB)介质。实验以铬污染地下水为研究对象,分别对Fe0、Fe0+石英砂和包覆型零价铁填料进行了筛选实验,选取处理效果好且经济可行的包覆型零价铁材料作为PRB反应介质。结果表明,以包覆型零价铁材料作为PRB反应介质,大大提高了铁粉的利用效率,且缓解了系统堵塞严重的问题。以包覆型零价铁材料作为PRB反应介质修复Cr(VI)污染地下水是可行的。     

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.     

六价铬在具有渗透性反应墙的渗流槽中迁移实验研究

地下水中六价铬的污染修复是目前地下水污染修复研究的热点课题之一。以室内模拟为基础,进行了六价铬[Cr（Ⅵ）]随水流迁移的渗流槽实验,以及利用课题组研发的新型壳聚糖材料填充渗透性反应墙（PRB）,进行六价铬吸附试验研究。结果表明：在重金属迁移实验中,地下水的流速是影响Cr（Ⅵ）在含水层中迁移的主要因素,含水层介质的变化都会对Cr（Ⅵ）的迁移发生重要的影响。实验过程中,从进水口到出水口各个取样点依次出现Cr（Ⅵ）的质量浓度峰值,并且随着时间的延长,质量浓度峰值没有减少的趋势,证明了Cr（Ⅵ）在含水介质中基本上没有吸附。Cr（Ⅵ）的质量浓度峰值在含水介质中的持续时间不长,由于弥散作用造成了在相当长的时间内的较明显的拖尾现象。模拟渗透性反应墙的实验中,在同样的流速条件下,Cr（Ⅵ）的质量浓度峰值的出现时间相对先前的实验有明显滞后,并且质量浓度也有明显的减少,说明新型壳聚糖材料对Cr（Ⅵ）有较高的吸附作用,再达到质量浓度的峰值后,墙体后面的采样口中Cr（Ⅵ）的质量浓度减少的更为平缓,说明随着水流的流动,吸附在壳聚糖材料上的Cr（Ⅵ）有缓慢的析出。     

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.     

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.     

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.     

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.