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零价铁渗透反应格栅中铁的微生物钝化效应及电活化技术

陈亮  
【摘要】:作为地下水污染标准修复技术——零价铁渗透反应格栅(ZVI PRB)中ZVI易被钝化并表现为其活性的下降,因此ZVI PRB并不能作为一种完全的可持续修复技术。作为限制ZVI PRB的瓶颈,研究ZVI的钝化、催化和活化问题有重要意义。目前关于微生物对ZVI钝化效应的研究还比较有限(VS化学过程),特别是反硝化细菌(DNB)。同时,电还原技术(EIR)可通过其阴极提供电子而促进低渗透性含水层中NO_3~-的去除。通过加载EIR,可能有利于ZVI的催化或活化。 本文首先通过批实验研究暴露或未暴露于NO_3~-的ZVI在有无反硝化细菌优势菌群(DNBE)存在时对TCE的去除,以分析DNB对ZVI的钝化,得出以下主要结论:有/无DNBE时,ZVI对NO_3~-的一级去除速率常数k分别是0.20和0.09 h~(-1),DNBE有利于NO_3~-的去除;有DNBE存在时,ZVI对TCE的一级去除速率常数k减少49%,DNBE会抑制TCE的去除;有TCE存在时,在只有DNBE的反应器中,NO_3~-的反硝化去除率很低(仅13%),TCE对DNB有生物毒性;但是在有ZVI存在时,ZVI和DNBE对NO_3~-的一级去除速常数k与只有ZVI时相比无明显变化(0.18 VS 0.20 h~(-1)),ZVI可以减缓TCE对DNBE的生物毒性。然后,再通过批-柱实验研究EIR(3~(-1)2 V)对已被NO_3~-钝化ZVI的催化和活化,结果发现:加载12 V电压后,ZVI PRB中阴极附近TCE的一级去除速率常数速率k(0.655 VS 0.147 h~(-1))比未加载电压时高4倍多,EIR可以催化PRB中TCE的去除,去除率的增加和电压成正比;而且EIR阴极可以部分活化已钝化ZVI,断开电流后阴极附近的一级去除速率常数k与未加载EIR时相比仍是其3倍多(0.536 h~(-1));虽然实验过程中没有观测到EIR中阳极对ZVI钝化的推动作用,但是在实际PRB工程中必须控制阳极可能带来的负面效应。 总之,在ZVI PRB中,通过以上实验可以得出以下结论:①DNBE有利于ZVI对NO_3~-的去除;②DNBE会加剧ZVI钝化,抑制TCE的去除;③TCE对DNB有生物毒性,但ZVI可以减缓TCE对DNBE的生物毒性;④加载EIR后,EIR阴极可以催化ZVI对TCE的化学还原去除,去除率的增加和电压成正比;⑤EIR阴极可以部分活化已被NO_3~-钝化的ZVI;⑥实际ZVI PRB工程中必须注意控制阳极可能带来的负面效应。


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