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《西北农林科技大学》 2011年
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Fe~0-PRB修复地下水中铬铅复合污染的研究

李雅  
【摘要】:地下水污染修复技术是现今环境领域的研究热点之一。可渗透反应墙(Permeble Reactive Barrier)是一种新兴的原位修复技术,它具有运行稳定、成本低、长效等优点。近年来,PRB技术迅速发展,在反应机理、结构安装、活性材料的改进等方面取得了突破。目前,PRB技术正逐步取代运行成本高昂的抽出处理技术,成为地下水修复技术的发展方向。其中零价铁可渗透反应墙(Fe~0-PRB)应用最为广泛,它具有持续原位处理、处理组分多和价格便宜等优势,已在许多国家地下水污染处理的众多方面得到了研究和发展。Fe~0-PRB已被证明是一项能够修复受卤代烃、卤代芳烃、有机氯农药以及重金属(如铬、硒、铀、砷和锝)等污染地下水的有效技术。 本研究通过批实验和柱实验,研究了Fe~0-PRB技术修复铬铅复合污染地下水的效果和主要影响因素,探讨了以Fe~0为填料的PRB修复铬铅复合污染地下水的可行性和有效性,为了解决单独以铁粉为介质的PRB去除效率易下降的问题,首次使用堆肥-Fe~0混合PRB修复铬铅复合污染地下水,并对其作用机理进行了研究,得到了以下结论: ⑴零价铁能够有效、快速地去除水体中的铬污染,机理为氧化还原和共沉淀,产物为Fe(OH)_3、Cr(OH)_3和(Cr_xFe_(1-x))(OH)_3;对铁粉进行酸洗和镀镍等预处理能有效提高六价铬去除率;去除过程受铁粉投加量、污染物初始浓度及初始pH的影响;零价铁去除六价铬的过程伴随着pH值上升和Eh值下降;本实验条件下,铁粉最佳投加量为铁粉与铬的质量比为1000:1;当反应液为酸性时,Fe~(2+)浓度可以作为Cr(Ⅵ)是否完全去除的指示剂。 ⑵零价铁能够有效去除水体中的铅污染,机理为氧化还原和混凝吸附,产物为Pb(0)、Pb(OH)_2和PbO·XH_2O等;零价铁去除铅的过程伴随着pH值上升和Eh值下降;铅去除率随铁粉投加量的增大而增大,随反应液初始pH值的上升而下降。 ⑶零价铁能够快速有效地去除水体中的铬铅复合污染,去除率随铁粉投加量的增加或初始pH的下降而升高;相同反应条件下,零价铁对六价铬的去除率高于铅;复合污染时零价铁对六价铬的去除率略小于单独污染时,但铅的去除率明显低于单独污染时的去除率; ⑷分别研究了单独污染和复合污染时零价铁去污的动力学模型,结果表明:无论是单独污染还是复合污染,六价铬及铅的去除都符合准一级动力学方程,随着铁粉用量增加或反应液初始pH下降,反应速率常数增大。 ⑸比较了不同阴离子及同一种离子以不同浓度存在对零价铁去除铬、铅污染的影响,其中四种无机离子存在时,Cr(Ⅵ)的去除率顺序:Cl~-SO_4~(2-)HCO_3~-PO_4~(3-)。离子浓度为1 mmol/L时,Cl~-及SO_4~(2-)加快六价铬去除,HCO_3~-和PO_4~(3-)减慢六价铬去除;当无机阴离子浓度为3 mmol/L时,HCO_3~-变成了促进六价铬去除,此时只有磷酸根起抑制作用;由于Cl~-、SO_4~(2-)和高浓度的HCO_3~-(3 mmol/L)可以与铁反应生成绿锈从而促进了六价铬去除,低浓度的HCO_3~-(1 mmol/L)和PO_4~(3-)抑制六价铬去除是因为它们可以与铁粉或铁腐蚀产物发生专性吸附;高浓度或低浓度有机离子存在时,Cr(Ⅵ)的去除率顺序结果如下:C_6H_5O_7~(3-) C_2O_4~(2-) CH_3COO~-,其中前两者表现为促进作用,而CH_3COO~-则显著抑制六价铬去除;由于柠檬酸根(C_6H_5O_7~(3-))的吸附和螯合作用,草酸根(C_2O_4~(2-))与金属的强配位能力和刻蚀作用,所以它们的存在使六价铬去除率上升;CH_3COO~-与铁和铁的腐蚀产物,在铁粉表面发生络合或吸附,从而阻碍的零价铁去除六价铬;对于铅来说,测试的阴离子均使其去除率上升,其中四种无机阴离子存在时Pb的去除率结果如下:PO_4~(3-)Cl~-HCO_3SO_4~(2-);三种有机离子存在时Pb的去除率结果为:C_2O_4~(2-) C_6H_5O_7~(3-) CH_3COO~-;阴离子存在时,铅的去除率增加不仅与阴离子改进了铁粉的活性有关,还与Pb~(2+)容易和阴离子生成较小溶度积常数的化合物有关。 ⑹考察了不同浓度阳离子存在对铬、铅污染去除的影响,结果如下:不同浓度的阳离子存在时,Cr(Ⅵ)的去除率如下:Fe~(2+) Fe~(3+) Ca~(2+) Mg~(2+),其中Fe~(2+)和Fe~(3+)起促进作用,Ca~(2+)和Mg~(2+)起抑制作用,且Mg~(2+)的抑制作用更大;Ca~(2+)、Mg~(2+)阻碍零价铁去除铅;因为Fe~(2+)能直接还原污染物,而Fe~(3+)可以与铁反应生成Fe~(2+),所以二者可以促进反应;由于Ca~(2+)、Mg~(2+)易与水中OH-生成沉淀附着在铁粉表面,降低了铁粉的活性,造成污染物去除率下降。 ⑺无论是促进作用还是阻碍作用,都随着离子浓度的增大而增大;总体上,不同离子存在时零价铁修复铬、铅污染的过程,伴随着溶液pH升高,Eh降低,但不同离子作用下二者变化的程度过程不相同;不同离子存在时六价铬及铅的去除符合准一级动力学模型,速率常数的大小与离子种类及浓度有关。 ⑻分别用堆肥、零价铁、堆肥+零价铁为反应介质,对PRB处理铬铅复合污染地下水的可行性和有效性进行了研究。实验结果表明:用以堆肥、零价铁、堆肥-零价铁为反应介质的PRB处理铬铅复合污染地下水是可行的,其中以堆肥+零价铁作为介质的反应柱去除效果优于单独以堆肥或铁粉为介质的反应柱,且去除效果更长久。 ⑼当反应介质为堆肥+零价铁的混合物时,污染物的去除率随堆肥或铁粉用量的改变而改变;堆肥时间对去除效果影响不大;吸附作用是堆肥去除污染物的主要作用,微生物作用为次要作用;添加活性炭有助于污染物的去除。 ⑽对单独使用零价铁的反应柱、使用堆肥+零价铁的混合物为介质的反应柱以及添加活性炭的反应柱出水中可溶性总铁的含量进行了检测,其中添加活性炭的反应柱出水可溶性总铁含量最低,以堆肥+零价铁混合物作为介质的反应柱出水可溶性总铁含量次之,单独使用零价铁的反应柱出水总铁含量最高,但三者出水可溶性总铁含量都小于0.3 mg/L,符合《生活饮用水卫生标准》要求。这说明使用Fe~0-PRB修复铬铅污染地下水是安全可靠的。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X523

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5 蒋汉明;川芎GAP基地复合污染土壤中砷的植物修复研究[D];成都理工大学;2010年
6 张倩茹;乙草胺—Cu~(2+)复合污染条件下黑土农田生态系统微生物过程的研究[D];沈阳农业大学;2003年
7 徐楠;汞、镉及其复合污染对浮萍的毒害影响及细胞凋亡机制的初探[D];南京师范大学;2003年
8 窦文倩;土壤—作物系统中农药残留及其复合污染的生物效应[D];南京农业大学;2003年
9 黄雪夏;镉锌复合污染对玉米的毒害效应及其降毒研究[D];广西大学;2002年
10 寇士伟;重金属Cd、Cu、Pb复合污染对芥菜的胁迫及芥菜对其吸收累积特征研究[D];暨南大学;2011年
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