染料废水污染地下水的可渗透性反应墙(PRB)参数试验研究

染料废水常具有高浓度、高色度、成分复杂、难降解、难生化等特点,一直是废水处理的难点。被染料废水污染的地下水,由于其治理修复受到地质与水文地质条件的影响,其修复难度较大。近年来,可渗透反应墙(permeable reactive barrier, PRB)技术是目前迅速发展的一种原位修复技术。本研究以染料废水污染的地下水为研究对象,通过室内试验进行了PRB墙填料的筛选与配比试验,最终确定活性炭的添加比例为0.5‰~1‰的质量配比,铁粉的添加比例为489%的质量比,在此基础上,进行了可渗透性反应墙参数设计。

炭铁可渗透反应墙修复氯代烃及淤堵性能研究

通过PRB室内柱实验,对PRB在修复氯代烃污染地下水过程中(24h内的不同时间点)的渗透性能,淤堵程度,修复效果等方面开展相关研究.研究结果发现,24h内炭铁复合材料渗透系数随着时间的增加而增加.PRB模拟柱运行4h时复合材料对三氯乙烯(TCE)的去除率最高为74.23%,在8h时该去除率最低为64.59%.复合材料对TCE去除率的变化是多影响因子多方位综合作用的结果.渗透系数较低时,水流速度较慢,并且系统内不断有(OH)-产生,各种离子沉淀反应稳定发生且反应完全,导致PRB系统淤堵程度不断提高;高渗透性能的条件下,水流速度快,系统内虽有较高浓度(OH)-,该条件沉淀反应不完全,冲刷占主导,导致淤堵程度会降低.

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。

固废基可渗透反应墙在砷污染地下水修复中的设计及应用

针对广西某冶炼废弃场地砷污染状况,以钢渣、脱硫石膏制备固废基可渗透反应墙(PRB)填充材料。探究污染源迁移扩散特征,优化PRB结构设计参数,并评估多工况下的原位阻隔-净化效果。结果表明,PRB混合填料主要通过生成钙钒石的类质同相置换和砷酸钙的沉淀实现砷(As)离子净化。PRB厚度是设计时需考虑的核心参数,当墙体厚度为3.6m时,对污染羽的有效截留可维持在10000d以上,滞留时间为1.27d。墙体厚度对滞留时间影响较大,但对捕获区宽度影响较小。地下水呈季节性变化,导致水质与流场相应变化,但PRB对As的净化率仍达到88%~94%,具有很好的净化效果。

污染地下水可渗透反应墙(PRB)技术研究进展

地下水污染已成为我国严峻的环境问题,治理污染地下水工作迫在眉睫。可渗透反应墙(permeable reactive barrier,PRB)技术是污染地下水修复的新兴技术,具有治理效果好、造价低廉、对生态环境影响小等特点,能够有效去除地下水中的有机氯化物、重金属和无机离子等。PRB技术在美国已广泛应用到工程领域并实现商业化,在我国目前处于实验室研究和现场示范应用阶段。综述了PRB技术的原理、结构类型、活性填料、修复机理和工程应用,指出PRB系统长期有效运行存在的技术问题,以及PRB技术的应用前景和重点研究方向,以期为PRB技术在我国的研发和推广应用及地下水污染治理提供参考。

可渗透反应墙(PRB)技术综述

为促进PRB技术在国内的研究和发展,本文对PRB技术原理、结构类型及优缺点、应用材料及其原理、设计方案等进行阐述,为我国PRB技术的研究提供一些参考。

渗透性反应墙技术修复地下水硝酸盐污染的研究进展

论述了渗透性反应墙(permeable reactive barrier,PRB)技术的原理及其在地下水硝酸盐污染修复中的应用现状。针对PRB技术类型进行了回顾,介绍了PRB技术中常用的还原型、吸附型、沉淀型和降解型4类介质材料以及PRB技术修复地下水硝酸盐污染的效果。着重讨论了降解型PRB技术在修复地下水硝酸盐污染时所添加的有机碳源、微生物种类对修复效果的影响;分析了PRB运行过程中存在的问题及未来可能的发展方向;指出了应用PRB技术修复地下水硝酸盐污染时要注意的问题,如碳源和细菌易导致地下水二次污染,修复过程中介质易堵塞,碳源释放速率不易控制,硝酸盐向PRB底部沉积不易去除。提出在加强PRB反应机理研究的基础上,可通过PRB与植物修复技术结合,解决PRB运行中存在的问题。

Fe^0可渗透反应墙处理地下水污染的研究现状与展望

阐述了Fe 0可渗透反应墙(permeable reactive barrier,PRB)技术在处理污染物时可能发生的反应机理及研究现状,主要介绍了零价铁的吸附共沉淀作用、电化学腐蚀作用、化学还原以及生物还原作用。同时指出零价铁作为填料的不足之处,并且展望了PRB技术今后的研究方向。

利用新型可渗透反应格栅技术对垃圾渗滤液污染地下水过程作用研究

以垃圾渗滤液污染地下水为研究对象,选择沸石、无烟煤、陶粒、活性炭、炉渣、粉煤灰、零价铁、石英砂作为填充材料,设计7种地下可渗透反应格栅（PRB）,分别为反应器1、2、3、4、5、6和7。通过连续实验模拟,对PRB技术治理污染地下水的可行性和有效性进行研究,监测反应器处理效果,分别7种反应器内流速、EC、Cl-的变化及对污染物去除效果及其影响进行分析,探索污染物去除机理。结果显示,反应器水渗流速度在80-150 cm.d-1情况下,对COD去除率为82.22%-88.88%,对Cl-去除率为-0.20%-1.68%,对色度去除率为36.38%-71.86%,表明利用新型PRB技术防控渗滤液污染地下水是可行的,但仍有些技术问题有待深入研究。

非正规生活垃圾填埋场污染地下水修复的PRB反应介质试验研究

我国存在大量的非正规生活垃圾填埋场,由于它们在运行之前没有采取严格的防渗防污措施,垃圾渗滤液下渗导致当地地下水严重污染。地下水污染原位修复技术中的渗透性反应墙(PRB)技术由于其运行成本低、能长期有效运行、不影响生态环境等优点已得到广泛应用。以湖北省石首市某非正规生活垃圾填埋场渗滤液污染的地下水为研究对象,通过静态批次试验,探索了PRB单一反应介质类型、反应温度、单一反应介质投加量、复合反应介质配比对污染地下水的修复效果,并通过SEM、XRD、FT-IR对不同反应介质的污染物去除机理进行了讨论。结果表明:3种单一反应介质即海藻酸钠(SA)-聚乙烯醇(PVA)包裹微球、生物炭和聚合氯化铝(PAC)-阳离子聚丙烯酰胺(C-PAM)改性膨润土对污染地下水中六价铬、氨氮、COD、总磷的最大去除率分别为99.96%、98.97%、88.58%、99.20%;在研究区地下水温度变化范围内,温度对单一反应介质去除污染物性能的影响不大;单一反应介质投加量对六价铬、氨氮和总磷最终去除率的影响不大,仅对COD的去除效果有影响,反应时间为120 h时1 g/100 mL的单一反应介质投加量下污染地下水中COD的去除率为88.58%,3 g/100 mL和5 g/100 mL的单一反应介质投加量下对COD的去除率均可达98.42%;按照3种单一反应介质2∶1∶1的质量比制备的复合反应介质,反应时间为120 h时其对污染地下水中六价铬、氨氮、COD、总磷的去除率分别为99.61%、96.03%、81.25%、99.20%。该研究结果可为研究区利用PRB技术修复非正规生活垃圾填埋场渗滤液污染的地下水提供理论依据。

改性纳米铁/炭填充PRB去除地下水硝态氮研究

采用鼠李糖脂对纳米铁进行改性后负载在活性炭上制备出改性纳米铁/炭,将其作为PRB填充材料,并采用有机玻璃柱模拟连续墙式PRB来进行水中硝态氮地去除研究.结果表明:经过改性后的纳米铁能够有效负载在活性炭上,悬浮稳定性得到明显提高;改性纳米铁/炭粒径远大于纳米铁,将其作为填充材料可有效缓解PRB堵塞问题;当纳米铁与活性炭质量比为5:2时,PRB运行效果最佳;pH值越小,污染液硝态氮浓度越低,水流速度越小均有利于硝态氮地去除.

废旧胶粒PRB活性材料对污染地下水吸附适应性研究

针对多组分污染地下水危害严重、治理费用高的特点,采用废旧轮胎橡胶经破碎后制备的胶粒作为PRB系统活性材料,对污染地下水中COD、NH_4^+—N、Fe^(2+)、Mn^(2+)、SO_4^(2-)吸附效果进行条件适应性研究。结果表明:在胶粒投加量为0.5 g/200m L,振荡频率150r/min,反应时间36h,p H值为7的条件下,污染地下水中COD、NH_4^+—N、Fe^(2+)、Mn^(2+)、SO_4^(2-)去除率分别为44.3%、24.8%、96.2%、86.2%、9.5%,表明胶粒对COD、Fe^(2+)、Mn^(2+)污染物具有较好的去除效果。胶粒对COD(乳酸钠)吸附特性可较好地符合Temkin吸附等温模型和Elovich动力学模型。该方法对于拓宽废旧橡胶资源化利用及修复含有机物、铁锰污染的地下水方面具有一定的积极意义。

CMC改性纳米Fe/Cu双金属模拟PRB去除地下水中2,4-二氯苯酚

使用羧甲基纤维素钠(CMC)对纳米零价铁(NZVI)改性,并将铜(Cu)作为复合金属,制得改性纳米Fe/Cu双金属.同时采用模拟反应柱模拟可渗透反应墙(PRB)去除地下水中2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的反应过程.改性前后材料的表征以及沉降实验结果表明,改性后的材料有更强分散性.通过考察污染物浓度、材料投加量、Cu的负载率、pH值、流量等因素对降解2,4-DCP的影响,结果表明:反应过程符合一级动力学模型,较低的pH值与较小的流速以及10%的Cu负载率有利于2,4-DCP脱氯,过多的材料投加量和过高的初始2,4-DCP浓度不利于其脱氯.

零价铁-过硫酸钠组合PRB介质对硝基苯和苯胺的去除特性

以海藻酸钠(SA)为胶结剂分别制备了基于零价铁(ZVI)和过硫酸钠(PS)缓释材料的可渗透反应栅(PRB),研究了ZVI可渗透反应栅(ZVI-PRB)介质与ZVI-PS组合可渗透反应栅(ZVI-PS-PRB)介质对地下水中硝基苯(NB)及其主要还原产物苯胺(AN)的去除特性,考察了ZVI-PRB的填充量、进水流速、ZVI-PRB与PS-PRB的组合方式、PS-PRB的填充量等对出水中NB和AN浓度的影响,并采用当量因子法对不同处理方式的降解效果进行了对比分析。结果表明:NB去除率与地下水流速呈反相关关系,与ZVI-PRB填充量呈正相关关系,当ZVI-PRB填充量为10 g、地下水流速为0.4 mL/min时,10 d内出水中NB的去除率保持在96.7%以上;ZVI-PRB和PS-PRB串联组合可在高效降解NB的同时降低出水中AN的浓度;ZVI-PRB和PS-PRB等比串联组合且填充量均为10 g时NB当量的累计去除率最高,出水负面环境影响较小。该研究结果可为ZVI-PS-PRB修复NB污染地下水提供参考。

零价铁PRB去除活性艳红X-3B的性能和机理研究

针对染料活性艳红X-3B毒性大,处理难度高,研究采用零价铁(ZVI)和石英砂混合作为可渗透反应墙(PRB)反应介质,在不同操作条件下开展连续流实验,考察其去除染料的性能.结果表明,活性艳红X-3B在PRB中的去除效果随着pH的升高而升高,随着活性艳红X-3B初始浓度的降低而增加;调整PRB反应介质的配比,结果表明,反应介质中零价铁含量越高,活性艳红X-3B的去除效果越好.对反应后的物质做SEM和XRD检测,发现剩余的物质主要是未反应的石英砂和少量的铁氧化物,因此,用零价铁PRB可有效去除活性艳红X-3B.

FeS改性纳米Fe^0去除Cr(Ⅵ)的PRB柱实验研究

为进一步证实通过液相还原法制备的FeS改性纳米Fe^0复合材料去除Cr(Ⅵ)的可行性,考察了动态环境中不同初始Cr(Ⅵ)污染浓度条件下,Fe^0@FeS复合材料去除Cr(Ⅵ)的能力。结果发现;Fe^0@FeS复合材料可以用于处理含Cr(Ⅵ)地下水;此外,随着模拟地下水中Cr(Ⅵ)初始质量浓度提高,复合材料对Cr(Ⅵ)的去除作用受到阻滞,去除容量减小。解吸实验表明,Fe^0@FeS复合材料能够安全地还原沉淀Cr(Ⅵ),也不会对环境产生二次污染。

基于EK−PRB修复镉污染土壤的微生物优化技术

采用电动-可渗透反应墙(EK-PRB)联合微生物优化技术,研究其对Cd污染土壤修复效果的影响。利用固定化微生物技术,制备粉煤灰-酵母菌小球、壳聚糖-酵母菌小球和生物炭-酵母菌小球,并对比制备的PRB小球和单一的PRB材料(粉煤灰、生物炭、壳聚糖)对Cd去除效果的影响。结果表明,相对于单一的PRB材料,PRB小球可增加土壤中的电流和电导率,对Cd的去除率更高,但是对pH影响较小。通过对PRB材料进行表征分析,证实了其对Cd去除效果有一定影响。考虑到经济成本与修复效果,选择电压梯度为2.5 V·cm^(-1),PRB材料为粉煤灰-酵母菌小球去除Cd,去除率可达53.70%。研究结果证实了固定化微生物结合EK-PRB技术的可行性以及修复优势。

零价铁PRB技术在地下水原位修复中的研究进展

PRB(可渗透反应墙)是地下水治理中新型的原位修复技术,具有成本低、处理效果好、对环境干扰小等优点,已逐渐应用到实际.原位修复技术中PRB根据结构的不同可分为单处理系统PRB和多单元处理系统PRB,单处理系统PRB适用于单一污染物、污染浓度较低、污染羽规模较小的场地,多单元系统用于污染场地较复杂、污染种类较多的场地.零价铁PRB去除地下水中无机污染物及有机组分的反应机理主要是氧化还原反应和还原性脱卤反应.实际场地PRB的运行中存在的主要问题是零价铁钝化及PRB堵塞,现阶段的解决方法主要包括超声、电化学等,但为了提高PRB技术的实用性,铁材料的解钝化技术、实际场地PRB的设计与安装、PRB体系的长期运行及服务期满后的处置均需进一步的研究探索.

PRB技术对地下水中重金属离子的处理研究

实验模拟地下环境,以受重金属离子Pb(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Fe(Ⅱ)和总Mn污染的地下水为研究对象,利用还原铁粉、铸铁粉、铸铁粉与颗粒活性炭的混合物为可渗透反应墙(PRB)的主要介质,石英砂为辅助介质,设计了3种反应器。在有效孔隙率为60%～65%、水力停留时间为12.0～14.4h的条件下,考察其对污染物的去除效果。结果表明:3种反应器对Pb(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)均有较高的去除效果,去除率达98%以上;总Mn的去除率分别达98%、89%和66%;Fe(Ⅱ)的去除率分别达83%、56%和49%。考察了3种反应器内pH、Eh、DO的关系及对重金属离子去除效果的影响,分析了污染物的去除机理。综合考虑处理效果与成本,笔者认为以铸铁粉与石英砂的混合物为PRB的反应介质,应用PRB技术原位处理受上述重金属离子污染的地下水是可行的。

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。