可渗透反应墙除砷的研究进展与展望

砷类化合物造成的环境污染严重影响生态和人类健康,有效地去除和防治砷污染是当前工业发展中亟待解决的问题之一.基于原位修复的可渗透反应墙(PRB)技术具有低成本、高效能、可持续性和工艺简单等优点,利用PRB技术防治砷污染是一种绿色、经济又高效的选择.PRB中的填充材料是除砷的反应主体,因此总结了PRB除砷填充材料及其除砷性能与机理,包括黏土矿物、碳基材料、钙基材料、铁基材料和固体废弃物等.其中,铁基材料对砷物种的固定能力较其它材料更为突出,零价铁、铁矿物、废铁材料等铁基材料广泛应用于砷污染修复,廉价易得又高效的铁基材料是未来PRB除砷材料的重要研究方向.在此基础上,简要介绍了除砷PRB填充材料的实验研究与模拟,并通过PRB除砷工程或中试实验阐述了PRB的运行监测与砷污染治理效果,展望了PRB除砷材料和工程应用的发展前景与挑战,以促进我国地表径流砷污染治理PRB材料和技术的开发与进步.

竹炭-沸石混合料可渗透反应墙修复镉污染地下水的试验

本文结合物理力学测试、静态批和动态柱试验、微观表征分析、地下水数值模拟等手段分析了竹炭-沸石混合料填充可渗透性反应墙(PRB)对镉的吸附机理和时效性.竹炭(粒径大于0.18mm)和沸石(粒径大于0.5mm)按照质量分数1:10∼3:10混合时,不仅能有效去除地下水中镉,而且具备良好的渗透性和抗剪强度.竹炭-沸石混合料对镉的吸附能力随竹炭配比增加而增大,随粒径减小而增加;PRB柱穿透和耗竭时间随地下水流量和镉浓度增加而缩短.竹炭-沸石混合料去除镉的过程主要是发生络合反应、螯合作用、离子交换反应.地下水镉污染场地的PRB墙体厚度越大,地下水流速越慢,PRB的有效运行时间越长.

煤炭地下气化渗透反应墙构建材料的吸附和渗流特性研究

煤炭地下气化(UCG)带来的地下水污染风险是限制其推广发展的主要问题之一。渗透反应墙(PRB)修复技术是地下水原位修复的主要研究热点,而PRB材料特性是影响其正常运行的关键。本文首先探究了砂、有机膨润土、活性炭对UCG特征有机污染物苯酚的吸附特性,在此基础上,采用自建的渗流实验系统研究了砂、有机膨润土、活性炭及其混合物的吸附和渗透特性对净化污染水的综合影响效果。结果表明:(1)有机膨润土对溶液中苯酚的吸附速率较快,可在10 min之内达到吸附平衡,但吸附容量较小(1.98 mg/g);活性炭对溶液中苯酚的吸附速率较慢,但吸附容量较大(2.22 mg/g)。(2)有机膨润土对苯酚的等温吸附可用Freundlich模型描述,模型参数k_(F)=0.040,n=1.207;活性炭对苯酚的等温吸附可用Langmuir模型描述,模型参数S_(max)=2.44 mg/g,k_(L)=0.125 L/mg。(3)砂和活性炭的渗透系数分别为1.006×10^(-3) m/s和4.761×10^(-2) m/s,砂与活性炭或有机膨润土混合可有效调节混合材料的渗透性,当砂与有机膨润土质量比由1∶1增大到3∶1时,其混合材料的渗透系数由2.624×10^(-6)增大至3.468×10^(-5) m/s;而砂与活性炭质量比由1∶1增大到3∶1时,其混合材料的渗透系数由1.379×10^(-3)减小至1.301×10^(-4) m/s。

电化学强化反应墙去除硝酸盐的影响研究

面对农业灌溉区硝酸盐渗透污染地下水,损害人体健康和生态环境的现象,在传统可渗透反应墙(PRB)技术上增加电化学技术改善对硝酸盐的处理。结果表明,在立体电场作用下硝酸盐的去除率由传统技术的63.25%提高至95.77%,反应时间由原来的7 d缩短至3 d,提高处理效率降低成本。研究考察HRT、pH、电压、板间距单因素对电化学强化反应墙(EK-PRB)去除硝酸盐的影响,在此基础上通过响应曲面模型预测在HRT=15 h、电压=31 V、板间距=8.5 cm条件下EK-PRB的最佳去除率为96.75%,实际去除率为95.74%。相比传统PRB技术,EK-PRB填充生物炭粒子电极,提高污染物的传质速率,增强吸附能力同时提供更多的反应位点。通过三维电解和PRB的联合作用不仅大大提高污染物的去除效率,而且使得吸附后的填料介质在电化学作用下得到再生,实现反应过程的可持续进行,以期为处理硝酸盐的实际应用提供技术支撑。

固废填埋场渗滤液处理中可渗透反应墙技术的应用研究

为切实提升固废填埋场渗滤液处理质量,降低设备排放,改善生态环境质量,保证地下水资源安全。对可渗透反应墙技术在固废填埋场渗滤液处理中的应用进行分析与研究,然后以案例分析的形式,对本文论点进一步验证,以供参考与借鉴。

可渗透反应墙技术系统设计研究

本文首先介绍了PRB可渗透反应墙技术的原理和结构类型。接着对影响PRB系统设计的因素进行了分析,并详细阐述了PRB系统设计的流程和设计优化模拟过程。最后对PRB系统设计过程中存在的问题进行了分析,并展望了未来的发展方向。

可渗透反应墙技术在废填埋场渗滤液处理中的应用

从渗滤液处理效率的视角来看,可渗透反应墙技术,具有独特的工作机制和优越的净化能力,能够大幅度提升系统处理的整体效能。可渗透反应墙技术,作为现代环境污染修复治理领域的重要创新,其在固废填埋场泄漏液处理中的应用潜力巨大,成为推动该领域发展的核心力量。这项技术,可以为渗滤液的高效处理,开启崭新的途径,显著降低污染物浓度,维护生态平衡。因此,本文将结合实际案例,分析可渗透反应墙技术在废填埋场渗滤液处理中的应用措施。

绿色低碳目标下的地下水可渗透反应墙修复技术的应用和挑战

针对地下水污染的修复,目前国内应用最多的技术为抽出-处理、原位化学氧化法,但已无法全面适应绿色低碳修复的要求。可渗透反应墙技术具有修复效果可持续性的优点,具备节能减排、绿色低碳的潜力,符合绿色可持续修复的发展趋势。目前,可渗透反应墙技术的应用尚面临地下水污染特征和水文地质条件精准刻画、绿色长效反应材料、多技术组合联用等方面的挑战。

生物可渗透反应墙修复技术研究进展

生物可渗透反应墙(biological permeable reaction barrier,BPRB)是一种新兴的土壤地下水原位修复技术,目前已成为该领域研究热点方向之一,为进一步了解该技术研究及应用现状,对近年来相关研究进行了系统归纳,从BPRB技术类型、BPRB中微生物固定化方法、微生物强化方法,以及BPRB联合修复技术应用体系几个方面进行了详细分析,进而获得了如下主要结论:(1)混养型微生物修复体系的修复效果远高于异养型与自养型;(2)载体吸附法与材料包埋法固定化微生物效果最好;(3)提高生物刺激剂效果的同时降低成本是目前研究的重点;(4)微生物修复与其他多种修复技术协同作用效果较好,具备工程应用潜能。现阶段对于生物可渗透反应墙的研究多集中于微生物修复效率的提升,而对于微生物在实际场地中的反应活性及作用机制缺乏研究,建议下一步从构建环境适应性更强的微生物修复体系入手,从而更好地推动BPBR技术的工程化应用。

可渗透反应墙的结构与设计研究

可渗透反应墙是一种地下水修复的新兴高效技术。总结了国内外可渗透反应墙修复受污染地下水的研究成果和动态,介绍了渗透性反应墙技术的基本概念、结构类型、组成、主要材料选取,论述了其设计程序,并参考若干个国外工程实践,结合岩土工程设计理念,分析了其设计过程中存在的问题,总结了一些经验公式。可渗透反应墙的反应墙的厚度主要由地下水流速和水力停留时间来确定,高度主要由不透水层或弱透水层的埋深和厚度决定,宽度主要由污染物羽流的尺寸决定。反应介质的渗透系数与含水层渗透系数的具体倍数关系应针对现场实际情况加以试验模拟分析确定。一般来说,渗透系数是含水层渗透系数的2倍以上。

应用可渗透反应墙技术修复受污染河水水质的研究

通过中试考察了应用可渗透反应墙(PRB)技术修复受污染河水水质的可行性。结果表明:以铁屑、焦炭和沸石为介质的PRB系统对COD、TN、NO3--N、NH4+-N和TP都有较好的去除效果,平均去除率分别为59.36%、62.16%、76.62%、26.85%、82.04%。铁屑的内电解及净化材料的吸附是PRB系统去除污染物的主要机制。

地下水有机污染处理的渗透性反应墙技术

系统介绍了一种新的地下水污染原位治理方法(渗透性反应墙),具体包括渗透性反应墙的布置形式、介质选取、反应机理、应用现状以及存在问题等。在工程实践中,根据现场的水文地质条件和地下水中有机污染物的特点,可以通过改变反应墙的布置形式来有效地截获羽状体。与传统的抽出-处理系统相比,渗透性反应墙具有处理费用低、使用寿命长等特点,特别对高密度非水溶相液体(DNAPLs)形成的污染羽状体有较好的处理效果。

中试尺度下可渗透反应墙位置优化模拟——以铬污染地下水场地为例

可渗透反应墙(PRB)是一种高效的地下水污染原位修复技术。不同水文地质条件下,污染场地墙体位置布设合理性影响其修复效果,而利用地下水数值模拟可实现墙体位置优化。文章以某Cr^6+污染地下水场地为例,基于Visual Modflow建立了研究区平面二维稳定流数值模型,并通过模型检验。根据墙体的设计尺寸(长20 m×宽2 m×深12 m)及填充材料的渗透系数(80 m/d),利用所建模型分别计算了4种布设方案(墙体尺寸大小和填充材料渗透系数相同,布设位置不同)下墙体的捕获区宽度、粒子滞留时间和通过墙体的Cr^6+通量。结果表明:4种布设方案模拟的滞留时间和捕获区宽度取值差异性不大,变异系数小于2%;Cr^6+通量差别较大,变异系数高达76.32%,主要由地下水中Cr^6+浓度空间分布不均引起。对比分析4种方案的各评价指标,方案2求得的捕获区宽度为21.9 m,粒子滞留时间为4.1 d,Cr^6+去除量可达127.7 mg/d,可作为最佳布设方案。本研究建立的地下水流数值模型符合场地实际情况,可有效评估PRB截获污染羽的范围和去除目标污染物的能力,为铬渣类污染场地PRB原位修复工程设计与实施提供技术支撑和参考依据。

污染地下水原位治理技术——透水性反应墙法

20世纪90年代初期在美国和加拿大兴起的原位被动修复技术———透水性反应墙,是一种地下水污染原位处理方法。其通过在垂直于地下水流动方向设置活性渗滤墙,当地下水流通过活性渗滤墙时,污染物与墙体材料发生化学反应,从而达到环境修复的目的。该技术具有原理简单,施工方便,能持续原位处理,处理组分多,且运行费用低廉等特点,能有效吸附和降解多种重金属和有机污染物。该方法目前在欧美已开始进入广泛的工程应用阶段,正逐步取代运行成本昂贵的抽水处理技术,成为地下水修复技术的发展方向。系统介绍了透水性反应墙法,阐述了反应墙的类型、活性材料的选取、反应机理、反应墙的构建以及应用实例,同时分析了其存在问题并展望其今后的研究方向。

介质材料在可渗透反应墙中的应用进展

可渗透反应墙正发展成为修复污染地下水技术的新方向,其中介质材料是可渗透反应墙成功修复污染地下水的关键。可渗透反应墙介质材料可以细分为还原型、吸附型、沉淀型和降解型介质材料等四类,并分别从不同类型的介质材料的反应机理、应用情况以及存在的问题等方面加以阐述。可渗透反应墙介质材料的选择应在其反应机理的基础上,结合实际的地下水环境条件、污染源、人类活动和经济费用等加以综合考虑,以保证可渗透反应墙长期有效经济安全地运行。

生物可渗透性反应墙修复石油烃污染地下水的效果及微生物多样性研究

采用可渗透性反应墙(PRB)协同微生物作用对石油烃污染地下水进行室内模拟修复。研究结果表明,生物PRB对石油烃污染地下水具有较好的处理效果。反应器运行200d后,生物PRB前端介质总石油烃(TPH)含量高,15个取样点的TPH质量浓度为0.74～5.42mg/L,后端介质TPH含量较低且分布较均匀,10个取样点中TPH均低于0.29mg/L,生物PRB出水中未检出TPH。采用聚合酶链式反应(PCR)—变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对生物PRB内的微生物群落结构进行分析,结果显示,生物PRB中微生物群落结构的相似性随着横向距离的增大而降低,其中B2与B5取样点微生物相似度最高,达83.1%。在生物PRB前端TPH浓度高的部位,微生物群落较为稳定,多样性较低,而后端TPH浓度低的部位,微生物群落不稳定,多样性较高。

适用于污染河水修复的可渗透反应墙材料筛选

通过中试规模的模拟试验,进行了适用于污染河水修复的可渗透反应墙(PRB)反应材料筛选研究。结果表明,以铁屑、焦炭、沸石和石灰石为反应材料的不同配比的6个反应器(A～F)对COD、TN及TP均有一定得去除效果,其中,反应器E对COD、TN及TP的平均去除率分别是61.0%、85.8%和82.0%,显著高于其它材料配比的反应器;各反应器出水铁离子含量均高于进水,但远远低于抑制微生物降解作用的最高容许含量。综合各项指标,反应器E和F反应材料铁屑、焦炭、沸石的体积比较佳,分别为1:2:1和1:1:2,适于典型地表污水-污染河水的修复,其中又以反应器E的反应材料配比更优。

新型生物反应墙原位修复石油烃污染地下水

以功能微生物、泥炭和粗砂为填充介质设计新型生物反应墙,研究了反应墙对地下水中石油烃污染物的修复效果与机理。结果表明:运行期内生物反应墙修复效果良好,苯系物、萘系物及菲去除率为83.6%～99.85%,其中71.23%～99.71%在墙体前半部分被去除。泥炭介质和功能微生物能够稳定发挥对污染物的吸附与降解功能,32.63%～77.98%的BTEX和97.14%～99.81%的目标PAHs被泥炭吸附去除;18.96%～50.98%的BTEX和已吸附于泥炭上的大部分石油烃污染物均显示被生物降解。微生物对污染物的降解可有效延长泥炭的吸附寿命,泥炭对功能微生物的营养供给可使反应墙内长期保持较高的功能微生物数量,每克干介质约含有3.46×106～6.16×109个。因此新型生物反应墙原位修复石油烃污染地下水是可行的。

可渗透反应墙技术的水质净化特性

通过中试研究考察了可渗透反应墙(PRB)技术的动态水质净化特性。结果表明:(1)在动态条件下,PRB中试系统中COD、NH4+-N、NO3--N、TN、TP去除率随水力停留时间(HRT)的延长而增加。当HRT为7.00h时,COD、NH4+-N、TN、TP去除率分别为59.4%、26.9%、76.6%、62.2%、82.0%。HRT的延长使难生物降解的有机物也得到部分降解,PRB中试系统中铁屑及新生态的[H]、铁离子的氧化还原作用可以大幅度提高水的可生化性。(2)PRB技术对COD、NH4+-N、TN、TP的去除主要发生在反应区前半段,而且PRB中试系统中COD、NH4+-N、TN、TP沿程的变化情况可用指数方程来描述,动态模型预测曲线拟合较好。同时,对于实际PRB技术工程,PRB技术选择适当的反应介质及介质配比是关键环节。

某铀矿尾矿堆场受污染地下水的渗透反应墙修复初探

渗透反应墙是一种原地修复受污染地下水的新型技术,具有发展前景。在某矿铀尾矿堆场退役治理过程中采用了该技术进行受污地下水的工程应用。综述了该尾矿堆场污染地下水渗透反应墙的修复机理、设计施工及实际应用效果。在尾矿堆场下游末端安装渗透反应墙后,尾矿渗出水的pH由2.71上升至6.85,ρ(U)由12.21 mg/L降至0.003 mg/L;在受纳尾矿堆场渗漏水受纳河的入口下游50 m处,河水pH由渗透反应墙安装前的3.65上升到安装后的7.50,ρ(U)由渗透反应墙安装前的0.46 mg/L下降到安装后的0.001 mg/L。