Feasibility Evaluation of Using Biochar-based Permeable Reactive Barrier for the Remediation of Mercury and Arsenic Composite Polluted Water Bodies

This study employed a modified biochar material to construct a permeable reactive barrier(PRB)for the treatment of water bodies polluted with mercury and arsenic.The experimental results demonstrated that the addition of goethite-modified biochar significantly enhanced the remediation efficiency of As(III),achieving a maximum removal rate of 100%.Conversely,pure biochar exhibited high efficiency in the removal of Hg(II),with a maximum removal rate approaching 100%.Furthermore,the pH level of the water significantly influenced the adsorption efficiency of heavy metal ions,with the optimal removal performance observed at a pH of 6.0.The PRB system demonstrated excellent removal rates under low concentrations of heavy metals.However,as the concentration increased,the remediation efficiency exhibited a slight decrease.In summary,the findings of this study provide compelling evidence for the use of modified biochar in the construction of PRBs for the remediation of mercury and arsenic-polluted water bodies.Furthermore,the study reveals the mechanism by which pH and heavy metal concentration influence remediation efficiency.

PRB颗粒填料对Cd^(2+)的吸附特征及其孔隙结构动态演变规律

以PRB复合颗粒填料(CGF)开展动态吸附试验,探究其对Cd^(2+)的动态吸附规律与主要影响因素;借助可视化手段与孔隙网络模型(PNM),探究吸附前后CGF的几何特征与孔隙结构演变规律,明确填料消蚀与孔隙堵塞的动态平衡关系。研究结果表明:当泵速为10 r/min、质量浓度为50 mg/L时CGF的平衡吸附量最大,达到了1.81 mg/g;泵速对穿透曲线的影响最大,且低流量更有利于CGF对Cd^(2+)的吸附。吸附后孔隙率提高了7.79%,分形维数最多下降了7.95%,孔隙堵塞对分形维数影响较大;CGF溶蚀降低了表面积与平均等效直径,但球度在1.4~1.6范围的颗粒占比提高到75.9%。吸附后平均配位数由10.43降低至8.65,降低了17.07%;同时参与配位的“棍体”与“球体”数量分别降低了43.28%与31.63%。CGF消蚀导致动态柱中部发生堵塞,降低了孔隙与喉道的连接,但并未出现“实质性”堵塞,PNM仍保持良好的连通性能。

高级氧化-PRB修复填埋场复合污染地下水的可行性

以杭州市某生活垃圾填埋场一期地下水中复合污染的COD,NH_(4)^(+),Mn^(2+)为对象,联用了非均相Fenton氧化和渗透性反应墙(PRB),设计了活性炭(AC),生物炭(BC),BC+Fe_(3)O_(4)3种不同的氧化反应催化剂组合并将其兼做PRB氧化层活性填料,下游串联沸石吸附层.批试验和柱试验结果显示,H_(2)O_(2)可直接预氧化47%的COD.氧化层中COD在催化氧化和吸附共同作用下被削减;Mn^(2+)受多孔碳材料灰分释放影响先沉淀后溶解,然后被吸附;AC和BC表面的官能团-OH和-COOH参与了反应.吸附层中NH_(4)^(+)和Mn^(2+)与沸石离子交换引起了沸石骨架结构变化,且沸石表面的官能团-NH和-OH也参与了兜底吸附.BC+Fe_(3)O_(4)氧化层与沸石吸附层长度比为1:3的串联组合对三种污染物的去除率均较高,且PRB失效时间(即污染物出流浓度达到入流的10%且超过限值的时间)最迟,填料失效时的有效利用率最高,是最优工艺.

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。

改性载体厌氧氨氧化生物膜在浅层地下水修复中脱氮效能的模拟研究

为探究厌氧氨氧化菌(AnAOB)在模拟地下水环境条件下脱氮性能的研究,以人工配水为进水,采用可渗透反应墙(PRB)作为模拟装置,使用纳米零价铁(nZVI)改性生物炭(BC)(nZVI@BC)厌氧氨氧化菌(AnAOB)生物膜作为填料,设置装置模拟温度从高温(33℃)降至实验室室温(21℃)的过程,探究降温过程中AnAOB生物膜填料对PRB装置脱氮性能的影响。结果表明:①PRB装置经过71 d的模拟运行,nZVI@BC载体AnAOB生物膜的PRB装置总氮(TIN)去除率达到82%,明显优于空白组(59.27%),且AnAOB生物膜脱氮贡献率占22.73%。②随着温度的变化,AnAOB生物膜的红色逐渐变淡,且生物膜污泥逐渐流失。③微生物群落结构表明,微生物多样性下降,优势物种在富集。从门水平上看,绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度提升,逐步成为优势菌门,而浮霉菌门(Planctomycetota)和变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度则降低。从属水平上来看,AnAOB优势属Candidatus Brocadia的相对丰度逐步提升,Candidatus Kuenenia的相对丰度则降低。研究显示,nZVI@BC载体AnAOB生物膜填料组成的生物膜微生物系统在PRB装置降温过程中维持稳定,同时AnAOB生物膜群落结构随降温过程的变化而变化,以应对降温过程中带来的不利影响。

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.

用双层PRB技术处理垃圾填埋场地下水污染的可行性研究

设计了双层结构可渗透反应屏障(PRB),对渗滤液污染地下水原位处理的可行性进行实验研究.其中,第一反应器主要填充了零价铁,对复杂的不可生物降解和难生物降解的卤代烃等有机物进行分解;第二反应器主要填充了释氧剂(ORC),对有机物进行彻底的处理.实验结果表明:经过第一反应器后BOD5 COD值由0 32升高至0 75,铵离子和硝酸根离子的去除率分别达到85%和80%;ORC反应器最大释氧量为7 64mg·L-1.采用双层PRB结构治理渗滤液污染地下水是可行的.

复合矿物介质动态去除重金属多污染物实验研究

本文针对广西某多金属矿山尾矿库渗滤液造成的地下水污染问题,以蛭石、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性蛭石及赤铁矿作为PRB复合介质材料,进行了动态去除水中多污染物Cu^(2+)、Zn^(2+)、Mn^(2+)、CrO_(4)^(2–)的实验,研究了三种介质材料的组装方式对多种污染物的去除行为。动态吸附实验表明,介质的不同组装方式会影响体系的p H值,及吸附柱对多污染物的去除效果。通过对反应前后矿物介质的物相、形貌等测试表征,讨论了矿物介质材料对污染物的去除机理。赤铁矿以表面吸附为主,蛭石、CTAB改性蛭石以离子交换为主,也存在表面吸附等过程。以上成果为复合矿物介质实际用于重金属污染地下水的原位修复奠定了重要基础。

PRB修复垃圾渗滤液污染地下水过程中pH值变化分析

随着城市化的不断发展,生活垃圾产生量越来越多,因管理不善,导致垃圾渗滤液污染地下水的问题越来越突出,污染地下水的修复研究迫在眉睫。实验模拟地下环境,以被垃圾渗滤液污染地下水为研究对象,分别用沸石、无烟煤、陶粒、活性炭、炉渣、粉煤灰、零价铁作为反应介质,设计了6种地下可渗透反应墙(PRB),分别为反应器1、2、3、4、5和6。分3个阶段对PRB技术治理污染地下水中pH值影响和变化进行模拟研究,分析反应器pH值降低的原因并探讨pH值变化机理。实验结果表明,所有反应器pH值较进口降低,第三阶段出口pH值平均值较进口平均降低0.40;因水解酸化反应存在,产生一定量NH4+和有机酸,造成反应器出水pH值降低和复合填充材料NH4+相对去除率降低,说明PRB技术治理渗滤液污染地下水具有一定可行性,但技术方法有待继续深入研究。

PRB技术处理污染地下水的试验研究

试验采用粗砂、零价铁、富含微生物的土壤和锯末按不同比例搅拌均匀形成混合物，以此为介质做成可渗透反应墙（Permeable Reactive Barrier，简称PRB）反应器；取大通垃圾场产生的垃圾渗滤液，分别稀释5倍和40倍制成水样，作为模拟污染的地下水；进行2组正交试验，对各反应器的综合处理效果进行对比分析，结果表明：地下水中污染物的含量增高时，PRB出水pH值的增幅也会随之增大；进水污染物浓度变化时同一反应器CODcr去除率、BOD5去除率差异均很大，部分反应器CODcr和BOD5去除率在50％以上，但也有反应器出水CODcr和BOD5不降反升；2组正交试验的浊度去除率都处在较高的水平，许多反应器浊度去除率达到了80％～90％；进水浓度低时反应器的色度去除率超过70％。因此，用PRB处理受垃圾渗滤液污染的地下水是可行的。同时，从正交试验结果也得出了进水污染物浓度不同时PRB的最佳介质配比、反应时间以及各影响因素的丰次排序，为PRB讲一步的研究和设计提供了依据．

堆肥-零价铁混合PRB处理铬污染地下水

分别用堆肥、零价铁、堆肥-零价铁作为反应介质,对PRB处理铬污染地下水的可行性和有效性进行了研究。结果表明:以堆肥-零价铁作为反应介质的反应柱去除Cr(Ⅵ)的效果比单独以堆肥或铁粉为介质的反应柱好;增加铁粉或堆肥的用量均有利于Cr(Ⅵ)的去除;堆肥时间对Cr(Ⅵ)的去除效果影响不大;出水总铁含量符合《生活饮用水卫生标准》要求。

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.

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。

PRB修复垃圾渗滤液污染地下水过程中NH_4^+的变化规律

实验模拟地下水修复,以被垃圾渗滤液污染地下水为研究对象,分别用沸石、无烟煤、陶粒、活性炭、炉渣、钢渣、粉煤灰、零价铁作为填充材料,设计6种可渗透反应墙(PRB),分别为反应器1、2、3、4、5和6。分3个试验阶段对PRB技术修复污染地下水中NH4+变化规律进行实验模拟研究,分析了反应器NH4+变化原因并探讨了NH4+变化机理。实验结果表明:NH4+去除率普遍较低,含沸石反应器脱氮效果最好,也仅为49.8%,部分反应器甚至出现负值;水解酸化作用,产生一定量NH4+和有机酸,造成反应器出水pH值降低和填充材料NH4+相对去除率偏低。PRB技术治理渗滤液污染地下水具有一定可行性,但技术有待继续深入研究。

化学修饰型PRB反应介质草炭土的制备及性能

选用11种化学试剂对渗透性反应墙(PRB)反应介质草炭土进行修饰,并分析吸附前后草炭土的微观结构.结果表明:经HCl,NaOH,CH3COOH,Mg2+,Na3C6H5O7和PO3-4修饰后的草炭土吸附总石油烃(TPH)的能力降低;经Ca2+,Fe3+,Cu2+,乙二胺四乙酸(EDTA)和腐植酸修饰后的草炭土吸附TPH的能力升高,其中,经0.100mol/L Ca2+修饰后的草炭土去除地下水中TPH为92.26%,其吸附规律符合Langmuir等温吸附方程,理论最大吸附量为2.04g/g;吸附动力学规律遵循准二级动力学方程,吸附60min后达到动态平衡;草炭土通过物理吸附和化学吸附去除石油污染物.

基于生物阴极MFC的PRB中试系统处理AMD研究

为研究基于SRB生物阴极微生物电池(MFC)的固定化硫酸盐还原菌可渗透反应墙(PRB)对提高PRB处理酸性矿井废水(AMD)效果的影响,构建了中试系统,考察了进水不同p H值、重金属离子浓度及不同HRT对系统处理AMD效果的影响。结果表明:(1)MFC区有很好的调节p H功能,进水p H=3,仍能调节PRB生化反应区进水及系统出水稳定在6.5左右。(2)重金属离子的去除以MFC区为主,系统最终出水重金属离子去除率在95%左右;调节HRT=4~2 d,Fe^(2+),Cu^(2+),Zn^(2+),Ni^(2+)去除速率750~1 500 mg/(m^3·h),而Mn^(2+)去除速率略低为600~1 000 mg/(m^3·h)。(3)硫酸根的去除速率随碳源减少呈下降趋势;MFC外电压随碳源以及菌量的变化而显著变化。

PRB技术处理垃圾渗滤液污染地下水的应用研究

随着城市化的不断发展,生活垃圾渗滤液污染地下水的问题越来越突出,污染地下水的修复研究迫在眉睫。以铁粉、改性煤渣、膨润土、活性炭、沸石、石英砂及其混合物为反应介质,设计了4种地下可渗透反应墙(PRB),对PRB技术处理垃圾渗滤液污染地下水的可行性和有效性进行了实验模拟研究。结果表明:CODCr的去除率为85.7%～91.9%,PRB技术处理垃圾渗滤液污染地下水有一定的可行性,但有待继续深入研究。

PRB填料的研究进展

可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,缩写为PRB)是处理和修复受污染地下水的一种新型技术。PRB中的填料与受污染地下水发生生物、化学、物理反应达到净化污染水的目的。因此,PRB填料在处理污染地下水中起到至关重要的作用。本文对PRB的填料进行综述,以期为PRB技术的研究提供一定参考。

PRB技术在地下水污染修复中的研究进展

在综合分析可渗透反应墙(PRB)修复污染技术基础上,提出了存在问题及发展趋势,进而理出需通过深入研究,提高修复系统性能及其可行途径。预计在不远的将来,PRB处理工艺的持续性也同样会有大幅度改进和发展。

PRB零价铁材料处理低浓度含铀废水失效影响因素及机理初探

为解决和减轻反应材料失效对可渗透反应墙(PRB)技术应用的限制,依托某矿山矿井坑道水PRB处理技术,以零价铁为反应墙填充材料,对近中性、低浓度含铀废水处理过程进行研究,设计了槽式试验装置,并对反应后的水质及零价铁表面的沉淀物进行元素化学分析、XRD、电镜和电子探针表征,阐述了水体中引起矿物沉淀的两类物质,并对沉淀机理进行了分析。研究结果可为PRB设计及延长运行寿命提供参考。