PRB处理酸性矿山废水的地球化学反应模拟研究

随着工业的迅速发展,矿产资源的需求也随之增加,采矿过程中产生的酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)对周围环境具有严重危害性,可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,PRB)通过下放置反应材料,利用自然水力梯度拦截污染羽流,该技术已成为有效处理AMD的手段之一。为研究PRB内化学反应堵塞对其处理效果的影响,搭建了规模为60 cm×15 cm×20 cm的箱体装置,模拟石灰石PRB处理AMD的过程;基于箱体实验得到的数据,并利用化学反应输运模型理论开发了一种新的地球化学算法,来描述PRB处理AMD过程中可能会发生的化学反应,最后通过MODFLOW和RT3D的耦合模拟并预测PRB有效处理污染物质的最大寿命。结果表明:①有效地模拟出了PRB中石灰石的酸性中和能力及其对酸性废水中总铁、Al^(3+)的去除效果,并且很好地反映出PRB系统的化学堵塞过程;②模拟结果与实测值吻合程度较好。进口区域、中间区域以及出口区域3个不同位置处出水的pH实测值与预测值的最大误差分别为0.38、0.30和0.29,总铁质量浓度实测值与预测值的最大误差分别为1.570、0.102和0.124 mg/L,Al^(3+)质量浓度实测值与预测值的最大误差分别为1.010、0.374和0.160 mg/L;③预测结果表明,该实验室规模的PRB装置在前30 d出水中的总铁和Al^(3+)质量浓度最低,去除效果最好,且去除能力随着时间逐渐减弱。参照地下水质量标准限制,判断出该石灰石PRB能够有效处理总铁的最大寿命为132 d,有效处理Al^(3+)的最大寿命为63 d。

电絮凝处理酸性矿山废水及响应面优化

通过铁和铝电极材料的对比,选择铝极板作为电极材料,研究极板间距、电流密度、反应时间及废水pH对电絮凝法处理酸性矿山废水的影响。结果表明,当废水中Fe^(2)+、Cu^(2+)和Zn^(2+)的初始质量浓度分别为295.1、18.3、8.2 mg L时,极板间距10 mm、电流密度20 mA cm 2、废水pH=5.0的条件下,反应40 min后,Fe^(2)+、Cu^(2+)和Zn^(2+)的去除效率分别达到了90.8%、96.5%和96.8%,反应后废水的pH可达到6.7。在单因素试验的基础上,以电絮凝中Fe^(2)+、Cu^(2+)和Zn^(2+)的去除率的最大值,以及出水pH最大值为评价指标,通过响应曲面法建立模型分析拟合得出优化条件并重复3次试验加以验证。结果表明,在电流密度21 mA cm^(2)、反应时间35 min、极板间距10 mm时,对Fe^(2)+、Cu^(2+)和Zn^(2+)的平均去除率分别为87.02%、93.91%和94.63%,平均pH为6.13,该模型能够较好预测电絮凝对酸性矿山废水的处理效果。絮凝体SEM-EDS检测分析证明Fe、Cu、Zn等重金属可有效从废水中去除。

剩余污泥裂解灰吸附去除黑臭水体中磷的研究

通过将城市污水处理厂剩余污泥高温裂解制成的裂解灰作为吸附剂用以去除黑臭水体中的磷,并对溶液的初始pH值、反应温度、吸附时间和磷初始浓度对除磷效果的影响进行研究。研究结果表明,裂解灰作为吸附剂用以去除黑臭水体中磷的最佳pH值为中性;溶液中反应温度的升高有利于吸附除磷;吸附等温线符合Langmuir方程,属于单分子层均相吸附;该吸附过程容易进行,吸附动力学过程符合拟二级动力学;剩余污泥高温裂解成的裂解灰对磷的最大吸附量为15.287 mg/g。

PRB处理酸性矿山废水及填料堵塞过程

矿产资源的开发过程中会产生大量酸性矿山废水(Acid mine drainage,AMD),会对矿区生态环境造成严重危害。可渗透反应屏障(Permeable reactive barrier,PRB)可以有效中和酸性废水并去除废排水中的有害金属离子。通过进行PRB箱体试验,旨在研究石灰石作为填料介质中和酸性和处理污染物的潜能,以及PRB在运行过程中化学堵塞的发生机理。结果表明:石灰石填料中和酸性和重金属去除能力较好,试验终止时出水的pH维持在6.29,重金属离子去除率最高接近于100%;PRB处理过程中,以铁为主的矿物沉淀是化学堵塞的主要原因,并且堵塞程度表现为进水区域>中间区域>出水区域;PRB装置的堵塞对水力特性的影响明显,进水反应区域的相对渗透率降低了56.1%,出口区降低了27.6%。

沛北采煤塌陷区水质特征及风险评价

以沛县北部采煤塌陷区为研究对象,分析了丰水期和枯水期的水质指标,采用单因子评价法、综合污染指数法、分级评价法和综合水质标识指数法对水体进行综合评价。结果表明:丰水期和枯水期的水体综合水质标识指数均值分别为4.204和3.477,大部分为Ⅳ、Ⅴ类水质,夏季丰水期水体污染更为严重;受生活污水、工业废水和农业废水等污染源及气候特征的影响,塌陷区水体主要污染物为COD、TN和TP,最高浓度分别为64.71、3.320、0.640 mg/L,劣于Ⅴ类标准。