释氧渗透反应格栅填料的改进研究

释氧材料的性能是释氧格栅能否经济有效地应用到地下水原位修复中的关键因素。作者在前人研究的基础上,通过在一般的释氧材料中加入膨润土而使释氧材料的性能得到明显的改善。这种释氧材料释氧速率平缓,释氧时间长,总释氧量大,是一种能有效应用到释氧格栅中的改进释氧材料。实验数据表明,在天然地下水的作用下,该材料持续释氧约1a后,水中的溶解氧还能保持在15mg/L左右;把本材料引入地下水中不会显著改变地下水环境的pH值,天然含水层介质能把pH值缓冲到一个中性的环境。

与铁相关的几种渗透反应格栅材料性能的比较

挥发性氯代有机化合物为地下水和饮用水中最常见的挥发性有机污染之一。文中对日益引人注意的渗透反应格栅(PRB:permeable reactive barrier)材料进行了研究。主要在实验室条件下,利用中国现有的实用性材料———铸铁的铁屑、实验室合成双金属和纳米双金属作为反应介质,对反应的脱氯效果和机理、还原性脱氯的反应动力学和影响因素进行初步的研究,以寻求一种可以大量得到的廉价而高效的材料,研究它对氯代烃的降解效率。在研究中选择最有代表性的CT和PCE作为目标污染物,讨论粒状铁、双金属以及纳米双金属对氯代有机物的降解速率,确定气相色谱法测定水溶液中的氯代有机物浓度的最佳实验条件,比较3 类反应介质的特点和应用范围。

可渗透反应格栅/墙修复地下水技术

介绍了可渗透反应格栅/墙的安装形式、结构类型、修复机理及活性反应材料的选取等。大量研究表明,可渗透反应格栅/墙技术作为一种地下水抽出处理方法的替代技术,可有效去除地下水中的重金属、无机阴离子、有机物等污染物质,具有良好的发展前景。与传统修复技术相比,可渗透反应格栅/墙技术具有经济、长效等特点。

零价铁渗透反应格栅原位修复地下水中氯代烃的应用及研究进展

零价铁(Fe0)渗透反应格栅是一种简单廉价而有效的新型技术,可用来修复地下水中的氯代烃污染。Fe0渗透反应格栅有广阔的应用前景,但也有自身的一些缺点,仍需进一步研究改善。本文介绍了目前渗透反应格栅的安装结构及特点,并对Fe0渗透反应格栅的现场应用及研究进展情况进行了系统论述。

地下水有机污染修复的渗透反应格栅技术

地下水有机污染的渗透反应格栅技术具有处理费用低、处理水平高和环境影响小等特点,正逐步成为地下水有机污染治理的一个重要研究领域。本文是在查阅国内外文献资料的基础上,详细地介绍了渗透反应格栅技术的降解机理、反应格栅的类型、施工技术的影响和应用前景。

渗透反应格栅去除地下水中铵的化学生物联合柱研究

通过柱实验对比研究了天然河沙、沈阳沸石、复合介质（释氧材料和沈阳沸石）作为渗透反应格栅填料修复地下水中铵污染的可行性。结果表明：柱实验运行120孔隙体积（Pv）期间，在进水流速为1．8m/d，铵浓度为6．6—10．3mg／L的条件下，实验设计的复合介质填充柱对铵去除率达到99％以上。沸石在吸附去除铵的同时，又可作为微生物生长的载体，使铵进一步通过生物硝化作用被去除，实现沸石的生物再生。释氧材料的加入保证了硝化细菌繁殖所需要的溶解氧条件，水经过释氧层后溶解氧含量由2mg／L增加到6mg／L以上（最高达到22mg／L左右）。实验中通过硝化作用去除的铵量占总去除量的74％左右，实现了沸石吸附联合微生物共同作用去除铵，有助于保证反应柱长期高效地去除地下水中铵污染。

生物渗透反应格栅修复甲基叔丁基醚污染地下水的模拟

渗透反应格栅技术(PRB)修复污染地下水的现场模拟是实际工程设计、过程预测及修复效果评价的有效手段。以甲基叔丁基醚(MTBE)为研究对象,在多孔介质流体动力学、传质学、生物降解动力学等基础上,建立了生物渗透反应格栅修复MTBE污染地下水的数学模型。由双柱法的实验结果可知,模型模拟结果与实验数据的平均相对误差为5.74%,说明文中所建模型能够很好地描述MTBE在反应格栅内的降解去除过程;由污染物在格栅及其附近区域的浓度分布可知,由于部分流体从格栅侧面进入,污染物在此流径上得不到充分降解,表现为生物渗透反应格栅系统处理后的地下水区域边缘处的MTBE浓度高于其中心区域浓度,该结果可用于指导现场PRB系统及其附属设施的设计和安装。

地下水污染修复的渗透反应格栅技术

渗透反应格栅是一种原位修复地下水的新技术,具有经济、便捷等特点。大量研究表明,渗透反应格栅可以有效去除重金属和氯代烃等污染物。本文概括了渗透反应格栅去除污染物的研究进展及实际应用,简要分析了此技术存在的问题和发展前景。目前渗透反应格栅已经在世界各地应用,可以预料,这一技术在我国有良好的应用前景。

矿物介质材料在渗透反应格栅技术中的应用研究进展

渗透反应格栅(Permeable Reactive Barrier,PRB)技术是一种有效、实用的地下水原位修复技术,反应介质材料是PRB技术的核心。鉴于传统铁基介质材料在PRB运行中存在易氧化、堵塞的问题,本文围绕3大类典型矿物材料(含铁矿物、孔道/层状结构矿物和磷灰石),结合其晶体结构特点,介绍了它们作为PRB介质材料的原理及应用研究进展,并进一步讨论了目前相关研究的局限及未来发展的重点方向。

铁渗透反应格栅下游水化学环境变化对微生物群落分布的影响

文中分别以苯、甲苯、苯和甲苯为碳源,直接采用地下水和采用加入铁和三氯乙烯(TCE)浸泡过的地下水进行微生物培养和驯化,得到6种不同的菌液,结合PCR-16S rDNA分子生物学鉴定技术,分析其中微生物的群落差异。结果表明:在铁渗透反应格栅(Fe0-PRB)下游的水化学环境中,降解苯和甲苯的微生物优势群落减少,芽孢杆菌属和自养黄色杆菌属是其中的优势群落。地下水地球化学环境变化是微生物落群减少的主要因素。

影响铁渗透反应格栅修复地下水中氯代烃长期运行性能的研究进展

铁渗透反应格栅技术修复地下水中氯代烃,尤其是四氯乙烯和三氯乙烯,已日臻成熟;近年,研究者对该技术的关注已集中到影响格栅长期运行性能的因素上。文章从地下水的常量化学组分、铁表面形成的矿物沉淀、铁渗透反应格栅中的微生物和共存有机污染物4个方面,对影响其长期运行性能的因素进行了综述。分析表明,铁表面矿物的长期积累是降低格栅长期运行性能的主要因素,并对该技术的发展进行了展望。

改性沸石负载纳米铁/镍去除地下水中2,4-二氯苯酚的渗透反应格栅研究

为研究新制备复合材料改性沸石负载纳米零价铁/镍去除水中2,4-二氯苯酚效果以及该材料在地下水污染原位修复中的应用情况,开展了2,4-二氯苯酚的批实验和柱实验。结果表明,材料的双金属颗粒分散性良好,避免了团聚现象的出现。水中2,4-二氯苯酚的去除是在复合材料表面降解和吸附协同作用的结果,且降解在整个过程发挥更大的作用。通过渗透反应格栅实验中不同孔隙体积下p H、ORP、温度的考察发现,溶液处于弱碱性状态,不利于脱氯反应的进行,而体系ORP和温度均有利于2,4-二氯苯酚的脱氯反应。

地下水渗透反应格栅技术发展综述

面对日益严重的地下水污染,地下水渗透反应格栅技术作为一种原位、简易、被动技术在地下水污染修复中被广泛研究和应用。依据渗透反应格栅技术的定义及发展历程,渗透反应格栅技术的发展大致可以分为2个阶段,即2000年以前的传统零价铁渗透反应格栅阶段和2000年以后的新型复合介质渗透反应格栅阶段。伴随地下水污染形势的日益复杂化,以及渗透反应格栅技术的不断应用和材料科学等其他学科的飞速发展,未来渗透反应格栅技术的发展将主要集中于复合介质与新介质的开发、组合式渗透反应格栅技术的研发、渗透反应格栅技术与其他修复技术的联用以及渗透反应格栅工程的长期监测及管理。

多介质渗透反应格栅中氨氮的转化与存在形态

在利用渗透反应格栅技术修复地下水氨氮污染过程中,掌握氨氮在不同介质环境中的转化规律及存在形态对多介质渗透反应格栅中各介质作用及氮转化过程的控制十分重要。针对进水氨氮浓度约10 mg/L的模拟地下水,以天然河沙、释氧材料、斜发沸石及海绵铁为反应介质,设计了一套多介质渗透反应格栅模拟氨氮在各介质环境中的转化及归宿。结果表明,在天然河沙层,氨氮优先被河沙吸附固定,但去除量有限(△C<1.5 mg/L),氨氮主要以离子态溶于模拟地下水。在好氧沸石层,氨氮经沸石吸附及生物硝化协同作用几乎被完全去除,该层出水氨氮浓度低于0.01 mg/L,且氮主要存在形态为硝酸盐氮(C=10～26.6 mg/L)。在铁厌氧层,部分硝酸盐氮经海绵铁化学还原和生物反硝化作用,分别被转化为氨氮(△C=2～9.5 mg/L)和氮气(△C<8 mg/L),其余硝酸盐氮以离子态继续存留于模拟地下水。

复合介质渗透反应格栅去除地下水中的氨氮

针对受低浓度氨氮污染的地下水,实验筛选组合了不同的反应介质,利用串联的多介质填充柱模拟渗透反应格栅,通过物理吸附及生物硝化-反硝化作用来实现氮的去除。结果表明,在进水氨氮浓度为10 mg/L、流速为0.5 m/d的条件下,模拟柱对氨氮的去除率达到98%以上,且不会出现亚硝酸盐及硝酸盐浓度的升高。水体经过释氧柱后溶解氧由2mg/L升高至10 mg/L以上,表明释氧材料可提供硝化细菌所需的好氧环境。好氧柱中填充易于生物挂膜的生物陶粒及对氨氮有较强吸附能力的沸石,二者联用通过生物硝化-物理吸附协同作用实现对氨氮的去除,其中生物作用实现的氨氮去除量占总去除量的50%左右。后续厌氧反应柱填充海绵铁除氧并利用松树皮颗粒作为碳源,创造反硝化菌生长条件,硝酸盐氮浓度可由10 mg/L降低至5 mg/L以下,实现对好氧反应阶段所产生的硝酸盐的去除,避免了地下水的二次污染。

腐植酸对含多种成分地下水中的Fe^0去除Cr(VI)的影响:对长期PRB(可渗透反应格栅)性能的应用

通过持续9个月的油管柱法实验,研究了腐植酸对促进溶解性铁释放的影响和Fe0圆柱中腐植酸聚合物(如碳酸氢盐和Ca)对受Cr(VI)污染地下水的影响。由于Ca的存在使腐植酸的作用变化显著。在无Ca柱中,由于腐植酸的存在,形成可溶性含铁腐植酸络合物和稳定超细铁(氢)氧化物胶体,促进溶解性铁的释放,而铁腐蚀产物的沉淀被抑制,Fe0表面次生矿物的累积则随之削弱。与无腐植酸柱相比,Cr(VI)的去除能力增加了18%。与之相反,通过SEM和FTIR证明,Ca的存在,会使腐植酸大量与铁(氢)氧化物共同聚合并沉积在Fe0的表面。很大程度上抑制了电子从Fe0表面到Cr(VI)的转移,减少了Fe0基质的排水孔隙度,导致Fe0去除Cr(VI)能力显著降低。与Ca和无腐植酸柱中的Cr(VI)的去除能力相比,在腐植酸和含Ca柱中,当有碳酸氢盐时,Cr(VI)的去除能力减少了24.4%;没有碳酸氢盐时,Cr(VI)的去除能力减少42.7%。本研究为含有丰富天然有机物(NOM)的环境中,Fe0渗透反应格栅(Fe0PRBs)性能预测和设计提供了新思路。

复合介质渗透反应格栅的地下水体修复技术研究术

该课题为“典型城市饮用水安全保障共性技术研究”项目“地下水源城市饮用水安全保障共性技术研究与示范”课题的子课题。地下水资源因其数量大、水质好、分布广泛、便于就地开采利用等优点，成为我国主要的供水水源。尽管地下水赋存条件独特，具备一定的天然防污性能，但随着工业生产的高速发展，近年来我国地下水污染问题日益突出，对国家饮用水安全构成了潜在威胁。因此，研究出切实可行、经济高效的地下水体污染修复技术已经刻不容缓。

PRB去除模拟地下水中六价铬的反应特性

采用粒径为0.15～0.42mm的零价铁(Fe0)和粒径为0.15mm的活性炭(AC)作为PRB反应介质,通过连续流动试验研究Fe0/AC-PRB修复模拟污染地下水时反应介质与六价铬〔Cr(Ⅵ)〕的反应特性,分析了AC对Cr(Ⅵ)的去除作用、Fe0对Cr(Ⅵ)的还原作用及其氧化还原产物、Fe0AC对Cr(Ⅵ)的协同去除效果,研究了土壤中残留铬的形态。结果表明,在进水pH为6.9～7.1条件下,AC对Cr(Ⅵ)有一定的去除作用,主要通过吸附对Cr(Ⅵ)加以去除。Fe0对Cr(Ⅵ)有较高的去除率,进水Cr(Ⅵ)浓度为10mg/L时,去除率达96%,氧化还原产物Fe3+和Cr3+与OH-形成沉淀附着在反应介质中,不会迁移到"下游"水体。Fe0/AC电池腐蚀反应可以提高Fe0的还原能力和还原效率,相对于Fe0单独作用时,铬铁比提高了1倍以上,出水pH从原水的7.0上升到8.0左右,铁浓度小于0.20mg/L。经过去离子水冲洗,容易迁移且易于被生物利用的弱酸可提取态铬解吸到水相中,有机物与硫化物结合态和残渣态是含水层土壤中铬的主要存在形态,从生物可利用角度来说,铬的环境风险大大降低。

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。

零价铁PRB修复硝酸盐和铬复合污染地下水

通过连续流动试验研究了Fe0(零价铁)-PRB(渗透反应格栅)修复受NO3--N、Cr(Ⅵ)以及NO3--N和Cr(Ⅵ)复合污染模拟地下水的反应特性,分析了Fe0对NO3--N和Cr(Ⅵ)的氧化还原产物,并且对NO3--N和Cr(Ⅵ)的相互影响进行了研究.采用粒径为0.15～0.42 mm的Fe0和粒径为0.15 mm的活性炭作为PRB反应介质,二者的质量比为1∶1.结果表明,Fe0单独与NO3--N反应情况下,当进水中ρ(NO3--N)为20 mg/L时,去除率达95%,NO2-为还原过渡状态,NH4+是主要产物,出水pH从原水的7.1升至9.0左右,出水中ρ(TFe)<0.60 mg/L.Fe0处理Cr(Ⅵ)情况下,对Cr(Ⅵ)有较高的去除效果,进水中ρ〔Cr(Ⅵ)〕为10 mg/L时,去除率达96%,反应产物Fe3+和Cr(Ⅲ)可以形成沉淀附着在反应介质上,不会迁移到"下游"水体中,出水pH从原水的7.0升至8.0左右,出水中ρ(TFe)<0.30 mg/L.Fe0去除NO3--N和Cr(Ⅵ)复合污染时,共存的NO3--N对Cr(Ⅵ)的去除效果没有影响,Cr(Ⅵ)的存在降低了NO3--N的去除效果.