收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

地下水中苯类有机污染的原位反应带修复技术研究

孙威  
【摘要】:地下水作为重要的淡水资源,与人类的生活是息息相关的。但是近些年来,由于地下水的不合理开发利用、污染物的过度排放和一些突发性污染泄漏事件,造成了地下水的严重污染。而苯类有机物是地下水中比较常见的一类污染物,其中苯、甲苯、乙苯、二甲苯(BTEX)和硝基苯是石油行业中重要的原材料,在石油及其衍生产品的运输、使用、生产等环节造成的泄漏和渗漏现象,均能够引起地下环境中苯类有机物的污染问题。地下环境中的苯类污染物以非水相液体(NAPL)形式存在,BTEX属于轻非水相液体(LNAPL),硝基苯属于重非水相液体(DNAPL),均是毒性较强的污染物,具有“致癌、致畸、致突变”作用,它们一旦进入到地下水中,对人类的健康将产生极大的威胁。所以关于地下水中苯类有机物污染的控制与修复引起人们越来越广泛的关注。 控制和治理地下水中苯类有机物污染的方法有很多,如抽出-处理法、原位化学法、空气扰动法、微生物处理法、可渗透反应墙方法等,这些修复技术各有优势,但是也有不足,有些方法对污染场地的适应性较差、有些方法修复费用较高、有些方法对环境干扰较大等。原位反应带修复技术(IRZ)是近些年发展起来的一种新型原位修复手段。该技术能够最大程度地减少污染物的暴露以及对环境的扰动,具有修复效果好、投资少、见效快,并且施工简便等优点,因此该修复技术应用前景非常广阔。 本研究在综合国内外文献的基础上,将原位反应带修复技术应用到地下水苯类有机污染物的控制和处理当中,选择较难修复的BTEX和硝基苯作为目标污染物。通过系列实验考察芬顿试剂对地下水中BTEX污染的氧化去除效果,并对各种影响因素进行对比分析,确定最佳处理工艺条件;探讨地下水流速、地下介质类型等因素对原位反应带修复技术的影响;并对地下含水层中的BTEX污染采用原位反应带技术进行修复研究。另外通过系列实验考察淀粉改性纳米铁浆液对硝基苯污染的还原处理效果,并进行影响因素对比分析,确定最佳处理工艺条件;探讨地下水流速、地下介质类型等因素对原位反应带技术修复硝基苯污染的影响,并探讨硝基苯还原产物苯胺的原位微生物反应带的去除效果;采用原位化学反应带和原位微生物反应带联合技术对地下含水层中的硝基苯污染进行修复研究。 本课题的创新点体现在: (1)采用原位反应带技术应用于地下水中苯类有机污染物的修复,通过注入井将反应试剂注入到污染晕中,形成有效的原位反应带,对污染物进行去除处理,同时研究了水文地质因素对原位反应带技术修复效果的影响,得出具体工艺参数,为修复污染场地提供技术参考。该方法最大限度的减少对环境的扰动,克服了PRB等原位修复技术对污染土体开挖的不足。 (2)采用淀粉作为纳米铁的修饰材料,制成包覆形纳米铁,使用淀粉改性纳米铁浆液对地下水中的硝基苯污染物进行还原处理,总结出影响实验效果的具体工艺参数,并在此基础上对地下含水层中的硝基苯污染进行了原位化学还原反应带修复实验研究。该项研究成果已经申报并获得了国家发明专利。 (3)摸索了将芬顿试剂注入到模拟含水层中,形成的原位化学氧化反应带对BTEX污染进行氧化的去除效果,确定具体的工艺影响参数,并在此基础上进行了BTEX污染原位反应带修复的影响因素研究,为应用芬顿试剂原位反应带技术修复污染地下环境的工程实践奠定了基础。 通过系列实验研究了芬顿试剂作为修复地下水中BTEX污染反应试剂的去除效果,确定BTEX污染处理的最佳工艺参数,研究结果表明,①在反应体系中过氧化氢的浓度越大,地下水中的BTEX去除效果越好;②在过氧化氢与BTEX摩尔比相同的条件下,过氧化氢与二价铁离子摩尔比越小,即体系中Fe2+的含量越多,BTEX的去除效果越好,但是如果二价铁离子的含量过多,反应体系中的沉淀量增多,影响BTEX的去除效果;③当过氧化氢与二价铁离子的摩尔比为8时,BTEX的平均去除效率均能达到90%以上,此时体系pH由初始的6~7迅速降低至3左右,ORP由初始的-44mV迅速增加到450~500mV范围内,反应体系属于强氧化的环境;④BTEX的氧化去除过程均符合二级动力学方程。 在对原位化学氧化反应带影响因素的研究中,采用水平放置的模拟柱模拟地下水中的BTEX污染状况,通过注入井注入芬顿氧化试剂,考察水文地质因素对芬顿试剂形成的原位反应带氧化处理BTEX的影响,研究结果显示:①注入的芬顿试剂能够在模拟柱中形成有效的原位化学氧化反应带,氧化去除污染物BTEX;②各取样口BTEX的去除率距离注入井口越近,去除率越大,而且各个取样口BTEX浓度呈现依次降低,然后再依次升高的趋势;③地下水流速较大时(0.33m/d),在模拟柱运行的前期,BTEX的去除效果较好,而在运行后期,地下水流速(0.11m/d)较小的模拟柱中BTEX的去除效果较好;④芬顿氧化试剂在注入总量相同的情况下,两次注入时BTEX的去除效果比单次注入时好;⑤由于地下介质类型不同,介质孔隙度大小不同,形成的原位反应带对BTEX氧化去除率保持时间也不相同,粗砂中反应带去除BTEX维持高效的时间较细砂短;⑥模拟柱在注入芬顿氧化试剂后,反应体系内各取样口的ORP均有不同程度的上升,而pH均有不同程度的下降,反应体系处于酸性氧化环境。 利用自制纳米铁浆液、金属铜改性纳米铁浆液和淀粉改性纳米铁浆液,对地下水中的硝基苯进行还原处理,实验结果表明零价铁的不同形态对地下水中硝基苯的还原效果影响很大,采用0.8%淀粉改性纳米铁浆液时,硝基苯的还原率可达100%,苯胺的转化率达83.33%,而且改性纳米铁浆液还原处理硝基苯的过程符合一级动力学方程㏑C=-0.7623t+0.3469。 通过水平放置的模拟柱模拟地下水中的硝基苯污染,采取注入的方式将淀粉改性纳米铁浆液注入到地下水环境中,形成了有效的原位化学还原反应带,还原去除地下水中的硝基苯污染,取得较好效果。研究结果表明:①当地下水流速和注入淀粉改性纳米铁浆液的浓度相同时,含水层介质是粗砂,硝基苯的还原效率为84.15%,苯胺的转化率为28.48%;含水层介质是细砂,硝基苯的还原效率为82.98%,苯胺的转化率为26.39%;②当地下水流速和含水层介质类型相同,注入的淀粉改性纳米铁浆液的浓度为18.0g/L时,硝基苯的还原效率为84.15%,苯胺的转化率为28.48%;注入的淀粉改性纳米铁浆液的浓度为5.0g/L时,硝基苯的还原效率为92.98%,苯胺的转化率为36.84%;③当含水层介质类型和注入的淀粉改性纳米铁浆液浓度相同时,地下水流速(0.1m/d)较小时,硝基苯的还原效率为84.15%,苯胺的转化率为28.48%;地下水流速(0.4m/d)较大时,硝基苯的还原效率为42.79%,苯胺的转化率为22.17%。可见当含水层介质是粗砂、地下水流速较小、注入的淀粉改性纳米铁浆液的浓度较小时,硝基苯的还原效果最好,苯胺的转化率最高。 通过在模拟柱中加入营养盐,形成原位微生物反应带,强化苯胺的自然衰减作用实验,为原位化学反应带和原位微生物反应带联合去除硝基苯和产物苯胺提供理论依据。研究结果表明在模拟柱中加入营养盐,能够激活体系中的土著微生物,当碳、氮、磷的比例为100:5:1时,激活的土著微生物能够有效降解去除苯胺,苯胺的最大去除率接近100%。 为进一步探索应用原位反应带技术修复BTEX污染的地下含水层的具体工艺参数,采用模拟槽模拟地下含水层,研究结果发现污染物质BTEX进入含水层后,形成污染晕,开始时污染晕集中在注入井周围的含水层顶部,然后逐渐向下游迁移扩散,污染晕中的污染物BTEX的浓度自上而下渐次递减。当污染源污染含水层22小时之后,监测到BTEX在含水层中形成了全面污染晕。污染晕形成后,从注入井注入芬顿试剂,在含水层中形成芬顿试剂原位反应带;在实验装置运行期内,监测到污染物BTEX的浓度逐渐减小,污染物E(乙苯)的平均去除率达到100%,BTX的平均去除率也能够达到95%以上。适时监测实验装置各取样口水中的pH和DO值的变化情况,结果显示在注入芬顿试剂后,各取样口溶解氧值均有不同程度的升高,平均值由原来的2.00mg/L迅速上升到20.00mg/L左右。各取样口的pH由原来的pH=7均产生不同程度的降低。 在利用原位化学反应带和原位微生物反应带技术联合修复地下含水层中硝基苯污染的研究中,从注入井将淀粉改性纳米铁浆液注入到含水层中,形成原位化学反应带,能够对地下含水层中的硝基苯污染产生良好的修复效果,硝基苯的平均还原率为53.72%~69.75%,苯胺的平均转化率为3.25%~33.20%;在含水层中注入营养盐后,能够将部分土著微生物激活,形成原位微生物反应带,不仅增大了硝基苯还原产物苯胺的降解效率,同时对硝基苯的去除效果也产生影响。含水层中的pH均较初始pH大,DO值也维持在高于初始水平的基础上,反应体系呈现弱碱性的厌氧环境。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 费宇红,王金哲,石迎新;石家庄市地下水持续发展战略研究[J];河北省科学院学报;2002年02期
2 宋保平;地下水灾害的分类及特点[J];石家庄师范专科学校学报;2002年04期
3 张泽;;广东须审慎对待地下水商机[J];环境;2006年11期
4 阮万清;;基于属性区间识别理论的地下水开采评价模型[J];煤炭技术;2008年02期
5 ;新疆投12亿勘查开发地下水[J];地质装备;2008年03期
6 劳伦斯下·凯勒;冯文华;;美国地方水管区对控制地下水开采的效能[J];海河水利;1983年04期
7 杰克.W.基利;曹卫峰;;国际地下水调查的新趋势[J];国外环境科学技术;1983年02期
8 梁收运,史复有;兰州黄河水——地下水关系研究[J];甘肃环境研究与监测;1997年02期
9 樊明;王东杰;;过量开采地下水的农业增产方式亟待调整[J];黄河文明与可持续发展;2012年02期
10 郑礼全;逐步回归法在地下水开采中的应用[J];山东科技大学学报(自然科学版);2001年02期
11 葛天民;;地下水开采中出现的一个新问题——地下缺氧空气[J];勘察技术;1979年05期
12 汪东云;;关于地下水开采资源评价问题[J];重庆建筑工程学院学报;1982年04期
13 袁生禄;;民勤沙漠绿洲地下水生态开采量的初步研究——干旱荒漠地区合理开发利用地下水资源的新模型[J];水土保持学报;1987年02期
14 张惠昌;;干旱区地下水生态平衡埋深[J];勘察科学技术;1992年06期
15 张克绪,栾修静,朱戈,吴志宏,常振;开采地下水引起的地面变形及其对工程的危害[J];自然灾害学报;1995年02期
16 张克绪,李明宰,朱戈,吴志宏;开采地下水引起地面变形的分析[J];自然灾害学报;1996年04期
17 王齐仁;;地下水开采引起的地表变形调查方法[J];自然灾害学报;2007年03期
18 潘国营;武亚遵;唐常源;李发东;;大型水源地开采地下水导致的盐分迁移和污染[J];水文地质工程地质;2007年05期
19 黄爱国,张兵;南京地下水开采引起的环境地质问题及防治对策[J];江苏地质;1999年01期
20 A.桑切斯 ,李庆;西班牙未来地下水政策面临的主要挑战[J];水利水电快报;2004年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 余皝;唐益群;杨坪;王建秀;;农村地下水资源开发现状与综合治理[A];上海防灾救灾研究所20周年庆典会议研究短文集[C];2009年
2 田廷山;;地下水合理开发与保护的战略对策[A];中国科协2005年学术年会37分会场“生态经济与中小城市可持续发展”分会论文集[C];2005年
3 樊明;王东杰;;过量开采地下水的农业增产方式亟待调整[A];黄河文明与可持续发展(第4辑)[C];2012年
4 路瑞利;王红雨;方树星;;宁夏某区地下水开采数值模拟研究[A];和谐地球上的水工岩石力学——第三届全国水工岩石力学学术会议论文集[C];2010年
5 刘刚;雷炎;王志坤;张勤;;辽阳市首山超采区地下水生态保护与修复对策研究[A];变化环境下的水资源响应与可持续利用——中国水利学会水资源专业委员会2009学术年会论文集[C];2009年
6 赵霞;陈建生;;黑河流域地表水与地下水转换关系的几点质疑[A];第八届全国同位素地质年代学和同位素地球化学学术讨论会论文集[C];2005年
7 赵霞;陈建生;;黑河流域地表水与地下水转换关系的几点质疑[A];第八届全国同位素地质年代学、同位素地球化学学术讨论会资料集[C];2005年
8 邱玉洲;董金梅;岳潇静;刘建华;李青霞;;胶东地区地下水地表水联合优化调度初步探讨[A];山东水利科技论坛2006[C];2006年
9 邝白莜;刘如春;;地质专家杨鹏儒提出广州地下水呈过剩状态导致水位上升地质变化危及城市安全[A];广州市老工程师协会论文集(第四辑)[C];2008年
10 胡娟;丁国梁;;浅析阜康市地下水埋藏分布及水位动态[A];中国水文科技新发展——2012中国水文学术讨论会论文集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李英;宁南固原岩盐矿区地下水化学演化及循环规律研究[D];中国地质大学(北京);2015年
2 方樟;松原市龙坑水源地水量水质演化特征及预测研究[D];吉林大学;2011年
3 任军;南水北调中线总干渠两侧地下水风险源特征分析及保护[D];中国地质大学(北京);2013年
4 陈松;基于三维地质结构模型的宿南矿区地下水演化与识别[D];中国矿业大学;2014年
5 徐彦泽;沧州市地下水的水文地球化学与稳定同位素[D];中国地质大学(北京);2009年
6 陈添斐;地下水与陆面蒸散相互作用的模型研究[D];中国地质大学(北京);2014年
7 胡立堂;地下水三维流多边形有限差分模拟软件开发研究及实例应用[D];中国地质大学;2004年
8 杨鹏年;塔里木河下游间歇输水条件下地下水恢复与植被响应研究[D];新疆农业大学;2005年
9 孙威;地下水中苯类有机污染的原位反应带修复技术研究[D];吉林大学;2012年
10 黎明;新疆渭干河流域地下水开采—生态环境保护研究[D];中国地质大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯西洲;河流与地下水关系演化的实验研究[D];长安大学;2008年
2 姚珂君;傍河抽水驱动下河流与地下水关系演化的数值模拟研究[D];长安大学;2010年
3 徐网谷;地下水开采凿井空间辅助设计系统研究[D];南京师范大学;2006年
4 张竟;植被对地下水依赖程度的实验研究[D];中国地质大学(北京);2012年
5 李文娟;北京市集约化农区地下水硝酸盐时空分布特征及脆弱性评价研究[D];河北农业大学;2013年
6 陶建华;沙颍河流域地表水与地下水耦合模拟研究[D];合肥工业大学;2012年
7 付强;河流污染对地下水的影响实验与模拟研究[D];长安大学;2012年
8 王威;鄂尔多斯乌兰淖地区地下水开采下的植被生态风险评价与预测[D];吉林大学;2009年
9 霍洪元;三江平原梧桐河灌区地表水地下水优化调度方案研究[D];东北农业大学;2007年
10 程仲雷;克里雅绿洲盐渍化及地下水调控措施研究[D];新疆大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 谢宏;合理开发利用地下水 缓解水资源紧缺状况[N];大众科技报;2005年
2 本报记者 于猛;看不见的地下水 看得见的水危机[N];人民日报;2005年
3 谢飞君;济南地下水:“一碗水”还是“两碗水”?[N];中国建设报;2004年
4 特约记者 范宏喜;我国地下水信息发布系统运行[N];中国矿业报;2006年
5 刘红平;楚雄市城区地下水开采进一步规范[N];楚雄日报(汉);2007年
6 白青莲;北京严格控制地下水开采[N];地质勘查导报;2007年
7 本报记者 高慧丽 段金平;北京,地下水也要储备[N];地质勘查导报;2007年
8 庾莉萍;地下水,绝不能再超采盗用了[N];地质勘查导报;2007年
9 记者 宋鹏霞;让地下水“休养生息”[N];解放日报;2006年
10 毛木金(作者系洪城水业董事长);地下水要科学采用[N];南昌日报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978