多介质渗透反应格栅中氨氮的转化与存在形态

在利用渗透反应格栅技术修复地下水氨氮污染过程中,掌握氨氮在不同介质环境中的转化规律及存在形态对多介质渗透反应格栅中各介质作用及氮转化过程的控制十分重要.针对进水氨氮浓度约10 mg/L的模拟地下水,以天然河沙、释氧材料、斜发沸石及海绵铁为反应介质,设计了一套多介质渗透反应格栅模拟氨氮在各介质环境中的转化及归宿.结果表明,在天然河沙层,氨氮优先被河沙吸附固定,但去除量有限(△C＜1.5 mg/L),氨氮主要以离子态溶于模拟地下水.在好氧沸石层,氨氮经沸石吸附及生物硝化协同作用几乎被完全去除,该层出水氨氮浓度低于0.01 mg/L,且氮主要存在形态为硝酸盐氮(C=10～26.6 mg/L).在铁厌氧层,部分硝酸盐氮经海绵铁化学还原和生物反硝化作用,分别被转化为氨氮(△C=2～9.5 mg/L)和氮气(△C＜8 mg/L),其余硝酸盐氮以离子态继续存留于模拟地下水.     

地下水修复系统中释氧材料的改进及pH调控

在采用释氧材料的地下水污染修复系统中,释氧材料提供溶解氧的同时,往往造成体系pH的升高。针对这一问题,将过氧化钙(CaO2)、水泥、河沙、膨润土和KH2PO4按一定比例混合在一起制作了3种释氧材料,并在柱实验中观测了不同释氧材料对水体溶解氧(DO)及pH值的影响。实验数据表明,水泥对释氧材料的缓释作用明显,有助于保证释氧速率平稳,避免由于释氧材料反应过快所带来的高pH问题;在释氧材料中添加一定量KH2PO4(质量分数小于10%),可以起到缓冲体系pH值的作用,并且不会造成修复系统磷污染;电气石具有降低溶液高pH值的作用,以粒径为1～2 mm的电气石作缓冲介质可以将体系pH值由11.3降至10.2。     

高浓度污染地块基坑清理效果评估采样布点方案研究

为研究钢铁工业高浓度污染地块异位修复过程中基坑清理效果评估方法、布点设计适用性，该研究通过设计布点方案，对清理后的9个基坑88个采样点PAHs检测结果进行分析。结果表明，清理后各基坑ΣPAHs最大值在7.80～378.25 mg/kg之间，目标污染物BaP超标率为34.1%，污染成因主要为场地填埋有煤渣、焦油渣等固体废物，以煤的燃烧源为主。土壤中BaP质量浓度变差系数为251.1%，样本数据不服从所检验的分布形态，统计分析法对于连续超标且异质性特征明显的高污染地块应用受限。超标点位扩挖次数与BaP质量浓度的Pearson相关系数为0.95，呈明显线性相关。基坑点位超标原因可分为点位数据异常或清挖不到位两种情形，对于扩挖方案的选择，可把目标污染物BaP质量浓度12.60 mg/kg或超标率41.7%作为划分标准。     

复合介质渗透反应格栅去除地下水中的氨氮

针对受低浓度氨氮污染的地下水,实验筛选组合了不同的反应介质,利用串联的多介质填充柱模拟渗透反应格栅,通过物理吸附及生物硝化-反硝化作用来实现氮的去除。结果表明,在进水氨氮浓度为10 mg/L、流速为0.5 m/d的条件下,模拟柱对氨氮的去除率达到98%以上,且不会出现亚硝酸盐及硝酸盐浓度的升高。水体经过释氧柱后溶解氧由2mg/L升高至10 mg/L以上,表明释氧材料可提供硝化细菌所需的好氧环境。好氧柱中填充易于生物挂膜的生物陶粒及对氨氮有较强吸附能力的沸石,二者联用通过生物硝化-物理吸附协同作用实现对氨氮的去除,其中生物作用实现的氨氮去除量占总去除量的50%左右。后续厌氧反应柱填充海绵铁除氧并利用松树皮颗粒作为碳源,创造反硝化菌生长条件,硝酸盐氮浓度可由10 mg/L降低至5 mg/L以下,实现对好氧反应阶段所产生的硝酸盐的去除,避免了地下水的二次污染。     

基于改进DPSIR模型的京津冀地区优先回补地下水水源地筛选方法

京津冀地区地下水水源地超采问题严重,引发了地下水水位持续下降等一系列问题,南水北调中线输水贯通为该地区地下水水源地的回补涵养提供了契机;然而,京津冀地区众多地下水水源地在回补条件和回补需求等方面各异,在有限回补水源条件下,亟需建立该地区地下水水源地回补优先性评价和分级方法,从而筛选出可优先回补的水源地.借助DPSIR(驱动力—压力—状态—影响—响应)评价模型理念,在综合分析地下水水源地产生资源环境问题的根本原因、存在压力、不利状态、对人类社会的影响以及地下水回补工程产生的响应基础上,解析影响地下水回补的关键因素,并以此为依据进行专家咨询和评分,建立了涵盖5个准则和21个指标的综合评价指标集.在阈值确定和数据标准化基础上,依据评分数据确定各准则和指标权重,最后通过综合指数法构建基于DPSIR模型的地下水水源地回补优先性评价体系,并对京津冀地区具有代表性的76个浅层地下水水源地进行了评价和分级.结果表明:以南水北调中线工程为轴,分布在山前冲洪积扇的32个浅层地下水水源地为优先和较优先回补等级,从山前至中部平原地下水水源地回补优先性逐渐变差;回补水源类型、浅层含水层储水空间、区域浅层地下水质量、浅层含水层防污性能是影响评价结果的最重要指标.研究显示,位于京津冀山前的冲洪积扇地区的地下水水源地应最优先考虑回补,中部平原地下水水源地大多为一般或暂不考虑,东部平原区地下水水源地普遍不适宜回补.该评价方法指标选取和权重计算科学客观,可为京津冀地下水水源地的涵养提供标靶和决策的理论支撑.      

渗透反应格栅去除地下水中铵的化学生物联合柱研究

通过柱实验对比研究了天然河沙、沈阳沸石、复合介质(释氧材料和沈阳沸石)作为渗透反应格栅填料修复地下水中铵污染的可行性。结果表明:柱实验运行120孔隙体积(PV)期间,在进水流速为1.8 m/d,铵浓度为6.6~10.3 mg/L的条件下,实验设计的复合介质填充柱对铵去除率达到99%以上。沸石在吸附去除铵的同时,又可作为微生物生长的载体,使铵进一步通过生物硝化作用被去除,实现沸石的生物再生。释氧材料的加入保证了硝化细菌繁殖所需要的溶解氧条件,水经过释氧层后溶解氧含量由2 mg/L增加到6 mg/L以上(最高达到22 mg/L左右)。实验中通过硝化作用去除的铵量占总去除量的74%左右,实现了沸石吸附联合微生物共同作用去除铵,有助于保证反应柱长期高效地去除地下水中铵污染。     

傍河型水源井氨氮阻断与去除工程设计案例分析

针对沈阳市傍河型水源地的氨氮(NH+4-N)污染问题,通过野外研究区的水文地质调查,在查明研究区NH+4-N污染特征的基础上,结合室内批试验、柱实验和数值模拟,筛选出最佳的NH+4-N去除方案,提出了研究区渗透反应格栅(PRB)构建方案,并成功构建了示范工程尺度的PRB,用以去除地下水中的NH+4-N污染.室内批实验和柱实验表明,利用微生物硝化作用结合沸石的吸附作用去除地下水中NH+4-N是可行的.通过对研究区水质数值模拟,发现构建有一定弧度的PRB能最大限度的保护水源井.在PRB的构建过程中,利用高压旋喷技术和旋挖技术解决了大深度(30 m)PRB的构建问题,且PRB建成运行监测表明,示范工程尺度的PRB能有效阻断和去除地下水中NH+4-N.