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《吉林大学》 2011年
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Fenton试剂化学反应带技术修复BTEX污染地下水的研究

杨玲  
【摘要】:地下水是一种十分重要的淡水资源,在农业灌溉、工业矿业用水和城市水源中起着不可替代的作用。近年来,一些突发的地下水污染事件在各国均有发生,使得人们越来越关注地下水污染问题。其中,BTEX是石油燃料渗漏进入地下水引起地下水污染的常见有机物。由于其在地下水中易于迁移,且具有高毒性,因而严重威胁生态系统和人类健康,研究BTEX污染地下水的修复方法具有十分重要的意义。 本文首先通过一系列实验,定量研究了Fenton试剂和类Fenton试剂氧化处理地下水中BTEX的可行性及动力学,对比两者的处理效果,考察H2O2/BTEX和H202/Fe(摩尔比,下同)对处理效果的影响。在此基础上模拟研究了化学反应带技术修复BTEX污染地下水,探讨修复效果及对地下环境的影响,并研究了不同地下水流速和不同注入方式条件下的修复效果。最后采用二维模拟槽模拟场地污染修复。结果表明: (1) Fenton试剂能够快速氧化处理地下水中的BTEX。H2O2/BTEX和H202/Fe对处理效果有一定的影响。H2O2/BTEX摩尔比越大,氧化能力越强,Fenton和类Fenton试剂氧化处理BTEX的去除率增大。采用Fenton试剂氧化处理地下水中BTEX时,大部分污染物约在20min内被破坏,3h之后BTEX的去除率几乎不再增加。H2O2/BTEX=20, H2O2/Fe=8时BTEX去除率均能达到100%。采用类Fenton试剂氧化处理地下水中BTEX时,达到最大去除效率所需时间更长,6h时大部分污染物被去除,24h时浓度基本趋于稳定,并且去除效率不如Fenton氧化去除时高。由于几种目标污染物的浓度与分子结构各不相同,因而去除效果有差异。 (2) Fenton和类Fenton试剂氧化处理过程ORP由-44mV上升至300-500mV,pH值均由7左右迅速下降至3左右,且整个体系呈现黄色或棕黄色。 (3)当氧化剂浓度较高时,Fenton和类Fenton氧化去除BTEX过程均符合二级反应动力学方程:1/C=kt+1/C0。Fenton氧化过程的平均半衰期均远远小于类Fenton氧化过程,且动力学速率常数分别为类Fenton处理过程的10倍以上。两种氧化处理过程的速率常数按大小顺序排列为:乙苯二甲苯甲苯苯。 (4)化学氧化带技术修复BTEX污染地下水实验表明:模拟柱内BTEX的浓度在2天内迅速下降至最低值,之后浓度变化缓慢。越靠近注入井的取样孔,BTEX的浓度越低随着时间的推移,各取样孔内BTEX浓度由前向后先依次降至最低,后又逐渐依次升高的趋势,但始终大大低于进水浓度。系统内对BTEX的高效去除约维持10d。各取样孔BTEX的去除率分别为:苯49%-100%,甲苯56%-100%,乙苯58%-100%,二甲苯50.1%-100%。 (5)注入Feonton试剂的过程产生了大量的氧气,使得模拟柱内出现气泡和裂隙,注入井处的DO值升高。模拟柱内地下水位下降,出水流量在几天内略微降低。模拟柱内ORP由-60mV左右上升至90~501mV,pH值下降至3~5,越靠近注入井的取样孔,ORP越高,pH值越低。模拟柱内Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的浓度在2d内迅速升高,之后迅速下降。模拟柱下游的ORP、pH值、Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)的变化幅度不大,能够避免下游的二次污染。实验结束后砂介质的铁含量升高,尤其是在注入井处,取出的砂介质呈黄色。 (6)地下水流速为0.337 m/d时,BTEX浓度在2d内迅速下降至最低,前5-10天保持较高的去除效率,之后浓度升高。由于地下水流速较大,注入Fenton试剂后,模拟柱各取样孔内BTEX浓度的变化趋势几乎一致,且在较短时间内上升至最大值,因而在应用于场地污染修复时,应采用较高的注入频率。 Fenton试剂分两次(0d和5d)注入能够强化柱内的氧化过程。因而模拟柱内BTEX继续维持较低浓度,16d后浓度略微上升。由此可知分次注入Fenton试剂对BTEX污染地下水的修复效果最好。 (7)二维槽模拟实验表明:倒入BTEX污染源后,BTEX的污染晕随着时间的推移逐渐向后向下迁移。由于BTEX密度小于水,主要集聚分布在地下水的水面附近,并向周围浓度呈递减趋势。污染22h(0d)时BTEX污染晕几乎分布整个槽子内的含水层。此时槽内BTEX最大浓度分别达到了苯91.2mg/L、甲苯83.6mg/L、乙苯8.0mg/L、对间二甲苯63.8mg/L、邻二甲苯9.8mg/L。注入Fenton试剂后,能够在地下水内形成化学氧化带,含水层内BTEX的浓度逐渐降低,15d后最大浓度仅为苯8.3mg/L、甲苯1.3mg/L、乙苯未检出、对间二甲苯0.6mg/L、邻二甲苯0.6mg/L。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X703

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