铸铁和椰壳活性炭混合介质修复高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水研究

铬是人体和动物必需的微量元素之一。但高浓度的铬,尤其是地下水中的Cr(Ⅵ)可能对人体健康和环境造成很大的危害,因此研究高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水的修复技术至关重要。应用铸铁和椰壳活性炭作为模拟柱中渗透反应格栅(PRB)的反应介质,为了防止实验过程发生堵塞,添加适当河沙,通过铸铁的还原作用及椰壳活性炭的吸附作用研究PRB对高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水的修复效能。结果表明:铸铁、椰壳活性炭、河沙的质量比为3∶1∶4、Cr(Ⅵ)为400 mg/L条件下,完全穿透时反应材料对Cr(Ⅵ)整体去除率为67.0%,PRB反应介质寿命为165d;侧孔Cr(Ⅵ)浓度随时间延长而逐渐增大,离进水口越近,材料去除Cr(Ⅵ)的能力降低越快;出水及沿程在没有Cr(Ⅵ)检出时pH为4.5～7.0,出水有Cr(Ⅵ)检出时pH均大于7.0;出水中无Cr(Ⅵ)检出时,总铁(TFe)含量较高,Fe(Ⅲ)含量较少,有大量Fe(Ⅱ)产生,出水有Cr(Ⅵ)检出时,对应的Fe(Ⅲ)和TFe检出浓度均较低,说明柱体内铸铁材料基本钝化完全。     

多级复氧反应-垂直流人工湿地深度处理煤矿酸性废水

针对贵阳市朱昌镇茶饭村废弃石硐煤矿废水Fe、Mn浓度超标的问题,通过构建多级复氧反应-垂直流人工湿地系统对废水进行综合治理,并在多级复氧反应池内添加立体弹性填料对系统进行优化;研究系统优化前后对Fe、Mn、SO_4~(2-)及重金属的去除效果。结果表明:pH从进水的5.60～6.58上升到出水的6.37～7.45,系统能有效去除Fe、Mn,Fe的去除率在99.10%以上,Mn去除效率为69.80%～100%,对Cu、Zn、Cd、As、Pb、Cr也具有较好的去除效果,但对SO_4~(2-)的去除率仅为3.06%;添加立体弹性填料后沉淀池中SS浓度显著降低,Fe、Mn的去除率均可达到100%,Cu、Zn、Cd、As、Pb、Cr的去除率均有所提高,但对SO_4~(2-)的去除效果仍不明显。多级复氧反应-垂直流人工湿地系统对煤矿废水具有良好的处理效果,添加立体弹性填料是优化系统的一项有效措施。     

Cu/Fe和Ni/Fe双金属处理模拟地下水中的铬

研究了零价铁(Fe0)、Cu/Fe、Ni/Fe双金属作为渗透反应格栅(PRB)反应介质对地下水中六价铬〔Cr(Ⅵ)〕去除性能。采用烧杯批次实验研究了铜负载率、镍负载率、投加量及pH对Cr(Ⅵ)去除效率的影响。采用柱模拟室验考察Fe0、Cu/Fe和Ni/Fe双金属作为PRB反应介质对地下水中的Cr(Ⅵ)去除效果。实验结果显示,相对于Fe0,双金属去除效率显著提高,去除效果可达99.7%,速率也是Fe0单独作用时的2倍。Cu/Fe双金属系统随着铜负载率增加去除效率增加,铜负载率达到10%以后,去除效率不再增加,开始有降低的趋势;Ni/Fe双金属系统呈现相同趋势。Cu/Fe、Ni/Fe投加量越大,对Cr(Ⅵ)去除效果越好,并且酸性条件有利于Cr(Ⅵ)的去除。对于Cr(Ⅵ)的去除,Cu/Fe和Ni/Fe双金属比Fe0更具有长效性,其寿命是Fe0单独作用时的2倍以上。     

铁屑耦合生物麦饭石的PRB系统修复含铬酸根与硝酸根地下水

针对污染地下水中铬酸根和硝酸根迁移速度快,可渗透反应墙(PRB)常规活性材料修复效果差等问题,以铁屑、麦饭石和硫酸盐还原菌(SRB)为活性材料,构建4组耦合PRB动态柱修复地下水中Cr(Ⅵ)和NO-3-N。结果表明,4#(铁屑、麦饭石和SRB)柱修复效果较1#(麦饭石)、2#(铁屑、麦饭石)和3#(麦饭石和SRB)柱好,且稳定,对Cr(Ⅵ)和NO-3-N平均去除率分别是97.7%和97.34%,可见,以铁屑、麦饭石和硫酸盐还原菌为活性材料的耦合PRB系统修复地下水中Cr(Ⅵ)和NO-3-N具有有效性与可行性。     

纳米天然黄铁矿对土壤和地下水中铬的原位固定技术

采用机械球磨活化方法制备了纳米级黄铁矿,将其作为可渗透反应屏障中的介质材料,用于原位固定土壤和地下水中的Cr(Ⅵ),通过柱实验研究了黄铁矿对Cr(Ⅵ)动态反应(吸附)和解吸附的性能,并结合高分辨率透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等对黄铁矿材料进行了表征,同时对反应机理进行了探讨。结果表明:在纳米天然黄铁矿填充的PRB反应器中,FeS_2能够有效地处理含铬废水并将Cr(Ⅵ)原位固定在土壤中;在反应过程中,1 g黄铁矿可处理50 mg·L~(-1)的含铬废水1 854.4 mL,2 g的纳米级天然黄铁矿介质固定了约69.458 mg的Cr(Ⅵ);当铬溶液到达穿透点时,Cr(Ⅵ)去除率达到了99.9%。本研究成果可为纳米级天然黄铁矿处理土壤和地下水中Cr(Ⅵ)以及原位固定其他的重金属提供参考。     

零价铁渗透性反应墙原位修复含砷地下水的柱实验研究

为了解决地下水砷污染问题,设计了3根实验柱,开展了零价铁渗透性反应墙(zero valent iron permeable reactive barrier,ZVI PRB)原位修复5价砷的实验研究,调查了ZVI PRB的长期运行效果,探索了反应介质粒径、进水As浓度、渗流速度和腐殖酸(humic acid,HA)对反应墙除砷性能的影响。结果表明,PRB 1(铁粉,30~32目)的As去除率为76.2%~93.8%,出水As浓度为9.8~41.9μg·L~(-1);PRB 2(铁粉,300~325目)的去除率为84.4%~95.9%,出水As浓度为6.5~9.5μg·L~(-1)。ZVI PRB能有效地去除地下水中砷,且PRB 2比PRB 1的性能更高效更稳定并能保证出水水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中As限值要求(10μg·L~(-1))。在现有条件下,ZVI粒径和进水As浓度显著影响ZVI PRB的除砷性能,渗流速度基本未影响除砷性能,而HA显著抑制除砷性能。     

复合生物滞留介质对雨水径流中重金属净化效果

城市雨水径流中重金属逐渐成为环境水体中重金属污染的重要来源之一。选择细沙、沸石、砂土、石英砂分别和木质素以一定比例混合组成的复合生物滞留介质为研究对象,采用人工模拟雨水,研究了不同复合生物滞留介质对雨水径流中重金属的净化效果及其影响因素。结果表明,4种复合介质对Pb2+的去除率均超过98%,且去除率较稳定,细沙复合介质对Cu2+的平均去除率为98.5%,对重金属的去除能力大小顺序为Pb2+Cu2+Zn2+Cd2+,沸石复合介质对重金属的去除能力大小顺序为Pb2+Cd2+Cu2+Zn2+,沙土复合介质对重金属的去除能力大小顺序为Pb2+Cd2+Zn2+Cu2+,石英砂复合介质对Pb2+、Zn2+和Cd2+的去除率均超过99%。雨水径流中重金属浓度、介质高度和降雨历时对复合生物滞留介质去除重金属的影响较小。酸性条件下,4种复合介质均存在明显的重金属溶出过程,pH越低,复合介质中重金属溶出量越多,且同种复合介质中不同重金属元素的溶出浓度变化过程相似。     

PRB技术同步去除地下水中硝酸盐和镉

为评估可渗透反应墙(PRB)技术同步去除复合污染地下水中硝酸盐和重金属的可行性,选取蛭石、活性炭、固定化微生物为PRB反应介质,采用批实验和柱实验在不同填装方式及不同水力停留时间等条件下,考察PRB技术对硝酸盐和Cd~(2+)的同步去除效果。结果表明:PRB介质为蛭石或活性炭与固定化微生物组合型填料时,Cd~(2+)对PRB去除复合污染水体中的硝酸盐影响甚微,可实现高效的同步去除;当进水NO_3-N浓度为50 mg·L-1、Cd~(2+)浓度为10 mg·L-1时,活性炭与固定化微生物的组合型反应介质对NO_3-N和Cd~(2+)去除率分别可达93.13%和95.80%,蛭石与固定化微生物的组合型反应介质对NO_3-N和Cd~(2+)去除率分别可达92.70%和99.50%,经处理后的水质可达到地下水Ⅲ级质量标准(GB/T14848-2017)。以蛭石+固定化微生物、活性炭+固定化微生物作为反应介质的PRB技术可以实现NO_3-N和Cd~(2+)的同步去除,该技术可应用于处理硝酸盐和重金属复合污染地下水。     

镍、铬对活性污泥真实产率的影响

采用两个直流完全混合式反应器,研究了Ni(Ⅱ) 、Cr(Ⅵ) 对好氧活性污泥真实产率系数(YH)、COD去除率、MLSS和污泥呼吸作用的影响.结果表明,当Ni(Ⅱ) 、Cr(Ⅵ) 为3 mg/L时,YH(MMLSS/MCOD)从无重金属的0.388分别升高到Ni(Ⅱ) 的0.427和Cr(Ⅵ) 的0.408;COD的去除率不受影响,MLSS增加了7.5%;污泥呼吸作用增强了5%.随着Ni(Ⅱ) 、Cr(Ⅵ) 浓度的进一步增加,YH、COD去除率、MLSS和呼吸作用都迅速下降.当Ni(Ⅱ) 、Cr(Ⅵ) 为15 mg/L时,YH(MMLSS/MCOD)分别为0.289和0.218;而Ni(Ⅱ) 、Cr(Ⅵ) 为25 mg/L时,对污泥呼吸的抑制作用分别达43%和60%.总体来看,Cr(Ⅵ) 比Ni(Ⅱ) 对系统的毒性更大.     

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。