Analysis of di usion-adsorption equivalency of landfill liner systems for organic contaminants

The equivalence between multilayered barriers regarding di usion and adsorption was studied. The bottom boundary of the liner system is defined by assuming concentration continuous and flux continuous conditions of the contaminant between the bottom liner layer and the underlying soil. Five di erent liner systems were compared in terms of solute breakthrough time. The results of the analysis showed that breakthrough time of the hydrophobic organic compounds for a 2-meter-thick compacted clay liner (CCL) could be 3–4 orders of magnitude is greater than the breakthrough time for a geosynthetic clay liner (GCL) composite liner. The GM/GCL and GM/CCL composite liner systems provide a better di usion barrier for the hydrophilic organic compounds than that for the hydrophobic compounds due to their di erent Henry’s coe cient. The calculated breakthrough times of the organic contaminants for the Chinese standard liner systems were found to be generally greater than those for the GCL alternatives, for the specific conditions examined. If the distribution coe cient increases to 2.8 for the hydrophobic compounds or 1.0 for the hydrophilic compounds, the thickness of the attenuation layer needed to achieve the same breakthrough time as the standard liner systems can be reduced by a factor of about 1.9–2.4. As far as di usive and adsorption contaminant transport are concerned, GM or GCL is less e ective than CCL.     

一种新材料在城市生活垃圾卫生填埋场中的应用

针对我国目前垃圾填埋场存在的问题 ,提出推广应用一种新型的复合土工合成材料 (GCL)。简要介绍了GCL的结构及水力特性 ,图解说明了GCL在垃圾填埋场中的各种应用 ,并与CCL、GM相比较 ,说明了GCL在垃圾填埋场中的应用优势     

浓度变化时复合衬层中有机污染物的一维扩散分析

在考虑填埋场有机污染物浓度随时间变化的基础上,对有机污染物在复合衬层中的一维扩散问题进行了解析求解.计算模型考虑了2种常见的下边界条件,即零浓度下边界及零通量下边界.计算模型亦考虑了污染物在各介质中的背景浓度.利用该解析解得到的结果和已有的试验结果较为接近.对于美国规范规定的标准复合衬层,当污染物在膜中的扩散系数达到1.0×10-13m2·s-1且膜的分配系数达到50时,基本上可以忽略土工膜作为有机污染物扩散屏障的作用;对于同样的复合衬层,若膜的扩散系数达到1.0×10-12m2·s-1,则膜分配系数只需达到5即可忽略土工膜作为有机污染物扩散屏障的作用.对于标准复合衬层及GM GCL复合衬层,膜分配系数的变化对有机污染物通量击穿曲线的影响较大,而膜扩散系数对其的影响则相对较小.     

用于固体废弃物填埋场中的两种复合防渗系统的比较

土工膜 (GM) +压实性粘土 (CCL)的复合防渗层在固体废物填埋场的防渗系统中已较为常用 ,它的防渗效果比单独的GM或CCL要好得多 ;但是 ,这种复合防渗层也存在着一些缺陷。GM +GCL是一种革新的复合防渗系统 ,其中的GCL是对CCL一种有效的替代。本文从一般情况下透过复合防渗层的渗漏量、GM与GCL或CCL的接触情况、冻融和不均匀沉降的影响 ,施工简易程度、节约成本六个方面对 2种复合防渗层作了较为全面的比较。并结合工程实例 ,对 2种复合防渗层用于填埋场封顶系统的情况作了具体的比较。     

危险废物填埋场复合衬层渗漏分析与污染物运移预测

以我国危险废物填埋场次防渗层采用1 mm高密度聚乙烯(HDPE)土工膜和0.5 m压实粘土衬垫(CCL)组成的复合衬层为研究对象,采用经验公式以及解析方法计算了不同缺陷条件下复合衬层的渗漏率.在此基础上,采用一维污染物对流扩散运移方程对重金属Cd~(2+)、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)击穿复合衬层的时间进行了计算和分析.结果表明:复合衬层渗漏率主要受到复合衬垫界面接触条件,渗滤液水位以及缺陷类型的影响;当复合衬层的漏洞密度为20个·hm~(-2)时,半径为5.64 mm的圆孔型缺陷其最大渗漏率为22.7 m~3·a~(-1)·hm~(-2);当单位面积裂缝长度为200m·hm~(-2)时,宽度为2 mm长度为1 m的裂缝型缺陷其最大渗漏率为42.5 m~3·a~(-1)·hm~(-2);Cd~(2+)可作为重金属污染物击穿复合衬层的指示性污染物,其击穿时间最长为2.74 a,最短为1.38 a;通过改变土工膜下伏土壤衬层的性能或增加土壤衬层厚度可延缓污染物击穿时间.     

有机污染物在HDPE膜-膨润土复合防污帷幕中的一维扩散解析解

HDPE膜-膨润土复合防污帷幕被认为是目前最为安全有效的地下污染源阻隔技术之一.针对帷幕底部嵌入不透水层和帷幕下游地下水较为活跃的工况,推导了有机污染物在HDPE膜-膨润土复合防污帷幕三层结构中的一维扩散解析解.利用本文的解析解分析了HDPE膜-膨润土复合帷幕对亲水性和疏水性两类有机污染物的阻隔效果.分析结果表明:由于亲水性有机物与HDPE膜间的分配系数低,该复合防污帷幕对其阻隔效果显著优于具有高分配系数的疏水性有机物.对于疏水性有机物,可通过增大复合帷幕中膨润土的阻滞因子和帷幕厚度来改善其阻隔效果;膨润土的阻滞因子增大10倍且帷幕厚由0.6m增大为1.0m,改进后复合帷幕对疏水性有机物的阻隔效果可达到原帷幕对低分配系数亲水性有机物的阻隔水平.工程实践中可通过对HDPE膜进行表面处理以降低其分配系数或膨润土改性以增大其阻滞因子等措施来增强该复合帷幕的阻隔效果.     

粉末活性炭预处理对超滤膜通量的影响

研究了粉末活性炭预处理对改善超滤膜过滤通量的效果.试验采用了4种具有不同亲疏水性的水样,着重探讨粉末活性炭对有机物的疏水性和亲水性组分的去除效果以及所带来的通量改善.试验结果表明,对于4种水样,超滤膜直接过滤原水时,通量下降严重.虽然粉末活性炭预处理能在一定程度上提高通量,但通量下降的趋势仍未改善.对有机物各组分的分析表明,直接过滤原水时,膜主要截留疏水性有机物;粉末炭吸附主要去除亲水性有机物,而超滤膜过滤粉末炭处理水时,主要截留疏水性有机物.由此,超滤膜的通量下降主要是由疏水性有机物引起的,亲水性组分对通量的影响较小.     

GCL防渗性能及其在填埋场中的应用

膨润土防水毯(geosynthetic clay liner,GCL)由于其具有防渗性能优越、施工方便等优势,近年来在填埋场防渗衬垫系统中广泛应用。根据GCL自身环境土工特性,结合城市固体废物填埋场防渗工程案例,从防渗性能、施工工艺等方面,介绍了GCL在填埋场中的应用。     

SPG膜表面润湿性对膜污染和化学耐受性的影响

SPG膜微气泡曝气系统可应用于废水好氧处理,SPG膜污染以及其对化学清洗的耐受性是影响其应用的重要因素.本研究在采用在线化学清洗的微气泡曝气生物膜反应器中,考察了SPG膜表面性质对膜污染及化学耐受性的影响.结果表明,在长期运行过程中,SPG膜表面润湿性对膜污染和化学耐受性具有明显影响.膜表面污染层主要是有机污染,而疏水性膜抗有机污染能力较强.使用在线化学清洗时,碱性次氯酸钠溶液对亲水性膜腐蚀严重,膜孔径和孔隙率显著增大.疏水性膜抗碱性次氯酸钠溶液化学腐蚀能力较强,膜孔结构仅有轻微改变,但是疏水性膜表面疏水官能团易被氧化,使得膜表面润湿性下降.同时,疏水性膜在氧传质、污染物去除和降低能耗等方面具有优势.因此,疏水性SPG膜适用于微气泡曝气废水好氧生物处理.     

活性炭对非离子型表面活性剂中菲的吸附效能

为研究表面活性物质与疏水有机物的分离效能,以TX100(曲拉通100)为代表性的非离子型表面活性剂,以PHE(菲)为代表性的多环芳烃,使用活性炭对二者共存体系进行静态吸附和固定床吸附. 静态吸附结果表明,活性炭对TX100和PHE的吸附均满足Langmuir等温吸附模型和准二阶动力学模型,吸附量分别为437.31和58.86 mg/g. 固定床吸附时,对应于14.7 cm的活性炭柱高,PHE穿透10%和TX100穿透90%的时间分别是420和270 min,从BDST(bed depth service time)模型中可以得到TX100传质区长度小于PHE,这为二者分离提供了条件. 通过活性炭固定床吸附可以在回收90%TX100的同时去除90%PHE,说明吸附法是一种回收表面活性剂的有效方法. 利用微波法再生活性炭,可使购置活性炭的成本降低4/5,进一步提高了回收法的经济性和可行性. 研究表明,活性炭吸附是一种可用于土壤洗涤工艺中回收表面活性剂的有效方法.      

包埋类脂的吸附剂制备及吸附POPs性能

用丙酮作溶剂将三油酸甘油酯分散到醋酸纤维(CA)基体中,采用悬浮聚合的方法制备出了一种兼具亲水性,又能高倍富集持久性有机污染物的球形复合吸附剂。通过对分散剂的种类及其用量、悬浮介质的种类及其用量的研究,获得了球形复合吸附剂的最佳合成路线与工艺.球形吸附剂粒径为1～2mm。通过荧光分析和电镜扫描分析,表明三油酸甘油酯已被包埋到醋酸纤维基体中,并得到了均匀分散。采用七氯、狄氏剂、异狄氏剂、灭蚁灵为代表性的持久性有机污染物(POPs)。动力学吸附实验表明,当初始浓度为1μg/L时,在快速吸附阶段,溶液中80%的氯、狄氏剂、异狄氏剂可得到有效去除,但并没有达到吸附平衡。快速吸附完后,还在持续地进行慢速吸附。而对于灭蚁灵,吸附速度远远低于其他几种POPs。实验证明了吸附速度不仅与辛醇/水系数有关,而且还与有机污染物的分子结构有关。     

有机质胶体对卡马西平在多孔介质中迁移影响模拟实验

有机质胶体与有机污染物的相互作用会影响污染物在多孔介质中迁移转化等环境行为.为研究有机质胶体对药物和个人护理品(PPCPs)在土壤环境中迁移的影响,本实验以卡马西平(CBZ)为目标污染物,用商用腐殖酸制备有机质胶体,分别选择石英砂、标准土和野外所取土样为研究介质,通过室内土柱模拟实验探究有机质胶体存在时污染物在多孔介质中的迁移行为.结果表明,描述一维溶质运移的两点化学非平衡模型能够较好模拟CBZ在各介质土中的运移过程,说明污染物运移过程中与介质间发生了化学非平衡吸附作用;石英砂柱中加入胶体后,对CBZ的吸附过程无明显影响,但在解吸时阻滞因子及滞留量变小,可见胶体与石英砂间作用微弱,解吸过程中胶体与污染物结合形成复合体后对污染物有增溶作用;胶体存在时,标准土和自然土对CBZ的吸附量和迁移阻滞强度均明显大于石英砂,其中有机质及黏土矿物的作用最为明显,有机质中的低能/高能吸附位点以及黏土矿物极性表面均能够固定污染物;由于有机质含量较高,自然土对CBZ在吸附-解吸过程中的阻滞截留强度大于标准土.针对本实验中CBZ的迁移情况,提出了疏水性有机污染物在含有机质胶体土壤中的迁移过程中各种作用的概念模型.     

采油废水生物法处理出水活性炭吸附试验研究

采用颗粒活性炭(GAC)对经胜利油田乐安联合处理站"隔油-混凝-过滤"和水解酸化-好氧生物工艺处理后的采油废水进行吸附研究,考察了GAC对生物处理出水COD(70～80mg/L)的去除效果。结果表明:温度35℃,时间为2h时,GAC静态吸附生物处理出水(pH8.0～9.0),内COD的去除率可达50%。动态吸附操作的过水流速为1～5m/h、接触时间19.2～96min时,吸附处理出水COD低于60mg/L,可以达到标排放要求。当体积速度小于2.0m3/(m·3h)时,过水流速变化对实际处理水量和单位炭吸附COD量影响不大,可作为吸附塔工程设计的参数。GC/MS分析结果表明,GAC对生物处理出水中的卤代烃、杂环化合物及羧酸衍生物去除效果较好,卤代烃主要污染物的去除率可达80%以上,出水中的主要有机成份为大分子有机酸。由有机概念图判断,被吸附的主要物质为憎水的非极性有机物。     

干湿循环与垃圾渗滤液耦合作用下GCL防渗性能

开展膨胀指数和渗透系数测定试验,研究干湿循环与垃圾渗滤液渗透耦合作用下膨润土的膨胀性能和土工合成黏土衬垫（GCL）防渗性能变化规律.结果表明,干湿循环与垃圾渗滤液渗透耦合作用对膨润土的膨胀性能和GCL的防渗性能具有显著负面影响：在7次干湿循环后,垃圾渗滤液饱和的膨润土的膨胀指数从20mL/2g降低至7.5mL/2g,GCL的渗透系数从1.65×10^-11m/s增加到1.89×10^-7m/s.膨胀指数下降和渗透系数升高的根本原因是膨润土渗透膨胀性能的丧失.单纯的垃圾渗滤液渗透不会改变GCL的渗透系数.将有效应力从20kPa升高至150kPa,可以促使GCL的渗透系数降低4个数量级,满足填埋场防渗要求（< 5.0x10^-11m/s）.     

硅胶表面TEOS疏水化改性及吸附VOCs特性

以正硅酸乙酯（TEOS）为疏水改性剂,通过硅胶表面的羟基接枝反应,得到具备一定疏水性的改性硅胶;利用BET、FT-IR、XRD和TG-DTG等手段对改性硅胶的结构及稳定性进行了表征;在此基础上考察了改性硅胶对各类有机废气的吸附性能.结果表明,TEOS成功接枝在了硅胶表面,改性硅胶不仅具备一定的疏水性,而且机械强度增加到原来的66.85%,稳定性也都得到了提高; 550℃空气下焙烧后的改性硅胶仍具有疏水性且吸附容量是焙烧之前的2倍;在高湿度高浓度的废气治理中,TEOS改性硅胶表现出更高的吸附能力和优良的热再生性能.高浓度下改性硅胶的吸附容量是低浓度下的10倍且不受水汽的影响;改性硅胶循环10次的吸附/脱附几乎不变,且在一定条件下,15~30min就达到90%的脱附率.     

有机污染物在白洋淀地区水陆交错带土壤颗粒物上的吸附

通过静态吸附实验,探讨了亲水性的苯酚和新脂性的对氯苯酚,在白洋淀地区水陆交错带－芦苇地中的天然颗粒物上的吸队规律。对于亲水性有机物,它在颗粒物上的吸附符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附,平衡浓度ｃｅ的对数与吸附率ｑ的对数呈直线关系;而亲脂性有机物的吸附则符合Ｌｉｎｅａｒ吸附关系,即平衡浓度ｃｅ１与吸附率ｑ１之间呈直线关系,且吸附量明显高于亲水性的有机物。     

Kinetics and equilibrium of adsorption of dissolved organic matter fractions from secondary effluent by fly ash

Fly ash was used as a low-cost adsorbent for removing dissolved organic matter (DOM) in secondary effluent. Batch experiments were conducted under various adsorbent dosages, pH, contact time, temperatures and DOM fractional characteristics. Under the optimum conditions of fly ash dosage of 15 g/L, temperature of 303 K and contact time of 180 min, a removal of 22.5% of the dissolved organic carbon (DOC), 23.7% of UV-254, 25.9% of the trihalomethanes precursors in secondary effluent was obtained. The adsorption of DOM fractions onto fly ash all followed the pseudo second-order kinetic model, and the hydrophilic fraction adsorption by fly ash also fitted the intraparticle diffusion model quite well. Freundlich and Langmuir models were applicable to the fly ash adsorption and their constants were evaluated. The maximum adsorption capacities of the adsorptions revealed that fly ash was more effective in adsorbing hydrophilic fraction than the acidic fractions. Structure changes of the DOM fractions after fly ash adsorption were also characterized via spectrum analyzing. Those mechanisms presented critical step toward improved efficiencies of fly ash adsorption via further surface-modification.     

有机粘土疏水性吸附过程的分子模拟:烷基碳原子数和有机物logK_(ow)的影响

基于从分子尺度上解析改性剂烷基碳原子数和有机物疏水性对有机粘土吸附能力的影响机制,以从头算的量子化学计算方法(MP2/6-31g(d))模拟了有机粘土在水溶液中的吸附过程.通过计算吸附前后几何构型、能量、化学键和电荷分布等参数的变化,分析了影响有机粘土疏水性吸附的关键因素,并对疏水性吸附作用力的化学本质进行了初步探讨.计算结果表明,烷基碳原子数增加对提高有机物吸附能的作用并不显著,长链烷基提高有机粘土吸附容量的真正原因在于其可提供更多的有机物吸附位.有机物的疏水性(以正辛醇-水分配系数logKow表征)是影响疏水性吸附过程的关键因子,水分子的引力作用对疏水性吸附具有决定性影响,理论上解释了普遍存在的有机物吸附量与logKow呈正相关的实验现象.疏水性吸附力的作用前提是有机物为疏水性,即当水分子的引力作用较弱时疏水性作用力才可以表现出来;而对于亲水性有机物,疏水性吸附力会被水分子的引力所抵消,吸附强度减弱.模拟红外光谱和电荷分布结果表明,吸附前后无化学键断裂和电子得失的发生,只有原子电荷密度的微小变化,据此推测疏水性吸附力以分子间弱相互作用力——London色散力为主.     

疏水性分子筛对焦化废水生物处理尾水的吸附过程解析

采用表面活性剂为模板剂常温一步合成疏水性介孔分子筛(MCM-41-dry)和通过煅烧去除模板剂得到亲水性介孔材料(MCM-41-cal).分别以制备的两种分子筛作为吸附剂吸附焦化废水生物出水中COD和TOC组分,考察吸附剂浓度、pH值等对吸附过程的影响,并对吸附过程进行动力学拟合.结果表明,MCM-41-dry的吸附效果远远强于MCM-41-cal,归因于含有模板剂的材料表面具有较强的疏水性及含有高吸附容量的季铵基团.在25℃、吸附剂浓度为2g·L-1时,MCM-41-dry对焦化废水中COD和TOC的去除率分别达53%和66%,吸附量分别为64mg·g-1和17mg·g-1.拟二级动力学模型能够真实反映整个吸附过程.水样吸附前后的GC/MS数据表明,焦化废水生物出水中残留了长链烷烃、卤代物、多环芳烃等难降解有机物,经MCM-41-dry吸附后,各种物质浓度均得到降低,MCM-41-dry尤其对疏水性烷烃类有较好的吸附效果,表明该吸附剂能够优先吸附疏水性物质.此外,吸附剂对水具有一定的润湿性能,能与废水充分接触,从而利于其吸附水中的污染物,这使其用于实际废水的处理成为可能.     

长江沿线城市水源氯(胺)化消毒副产物生成潜能研究

以长江上游重庆、中游武汉、下游上海等大城市的长江饮用水源为研究对象,在对溶解性有机物分子量和亲疏水性分离的基础上,分别采用氯和氯胺两种方式消毒,对比分析了相同时期沿江这些城市原水中氯(胺)化常规和新兴含氮消毒副产物生成潜能的分子组成规律.研究表明,重庆、武汉、上海三地的溶解性有机物均以小分子前体物为主,主要分布在<1kDa的区间内,且以强疏水性成分和亲水性成分为主,原水经氯(胺)化可产生三卤甲烷、卤乙酸、卤乙腈、三氯硝基甲烷等类型的消毒副产物;三地的氯(胺)化主要的含碳消毒副产物(C-DBPs)和含氮消毒副产物(N-DBPs)生成潜能均在<1kDa的区间内最大,从上游到下游,在<1kDa的区间内的生成潜能占各自总潜能比例逐渐增加.三地的氯(胺)化的C-DBPs和N-DBPs生成潜能均以强疏水性组分或亲水性组分为主,且氯胺化可导致亲水性组分C-DBPs和N-DBPs生成潜能所占总量比例增加.