地下水污染的原位修復(fù)技術(shù)_PRB法

1、92環(huán)境工程2006年12月第24卷第6期地下水污染的原位修復(fù)技術(shù)PRB 法李金英佟元清11,2蔡五田郭彥威王秀明111(11中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究所, 河北保定071051; 21中國地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 湖北武漢430074摘要原位修復(fù)地下水污染技術(shù), 具有經(jīng)濟(jì)、高效等特點(diǎn)。國外大量研究表明, 此技術(shù)可以有效去除地下水中的重金屬和有機(jī)污染物。本文主要介紹了原位修復(fù)技術(shù)中的PR B 方法及其特點(diǎn), 并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其對(duì)地下水中重金屬、有機(jī)物和三氮等污染物的去除效果, 以此為基礎(chǔ), 討論了在我國開發(fā)應(yīng)用該技術(shù)的前景及應(yīng)注意的問題。關(guān)鍵詞地下水污染原位修復(fù)PR B 法0引言液中

2、析出。同時(shí), 零價(jià)鐵還可將難生物降解或不可生物降解的有機(jī)物還原為可生物降解或易生物降解的簡單有機(jī)物, 對(duì)大分、大分子的腐殖質(zhì)等, 由于“空間位阻”, 活性炭難以吸附去除。在有鐵存在時(shí), 通過鐵的還原作用, 將大分子復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生物降解的簡單有機(jī)物, 從而滿足活性炭吸附條件。113實(shí)驗(yàn)裝置隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展, 土壤和地下水污染已經(jīng)成為當(dāng)今世界突出的環(huán)境問題之一, 保護(hù)地下水資源和治理受污染的地下水已刻不容緩。對(duì)地下水污染治理中, 其中在含水層中安裝可滲透反應(yīng)器(reactive barrier , PRB 1998年, , 。根據(jù)美國環(huán)保局的定義:PRB是一個(gè)填充有活性反應(yīng)介質(zhì)的被動(dòng)反應(yīng)區(qū)

3、, 當(dāng)被污染的地下水通過時(shí)污染物能被降解或固定。污染物靠自然水力傳輸通過預(yù)先設(shè)計(jì)好的介質(zhì)時(shí), 溶解的有機(jī)物、金屬、核素等污染物被降解、吸附、沉淀或去除。屏障中含有降解揮發(fā)性有機(jī)物的還原劑、固定金屬的絡(luò)(螯 合劑、微生物生長繁殖所需要的營養(yǎng)物和氧氣或其它試劑。PRB 法目前正逐步替代運(yùn)行成本高昂的抽出處實(shí)驗(yàn)采用有機(jī)玻璃反應(yīng)器, 總長度80cm , 內(nèi)徑10cm , 具體實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示 。理技術(shù), 成為地下水修復(fù)技術(shù)的發(fā)展方向。本文擬向讀者介紹PRB 技術(shù), 并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。1實(shí)驗(yàn)裝置和模擬實(shí)驗(yàn)方法111PRB 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖圖中石英砂層為8cm 厚的石英砂, 粒徑為01

4、5110mm , 起過濾、緩沖和保護(hù)作用; 細(xì)砂為模擬含水在含水層中建立原位處理系統(tǒng), 是根據(jù)美國環(huán)保局對(duì)PRB 的定義, 在垂直于地下水流動(dòng)的方向上建造一個(gè)可滲透的反應(yīng)墻, 當(dāng)污染的地下水流經(jīng)反應(yīng)墻時(shí), 污染物與墻體介質(zhì)材料發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而被去除(或被降解、吸附 , 從而達(dá)到環(huán)境修復(fù)的目的。反應(yīng)介質(zhì)主要采用去污達(dá)標(biāo)、不產(chǎn)生次生污染、處理成本低的鐵粉和活性炭等。112實(shí)驗(yàn)原理層, 由粒徑<0125mm 的砂組成, 厚度為10cm ; 反應(yīng)器為主體部分, 厚度為12cm , 由砂、鐵、活性炭按11015組成。114實(shí)驗(yàn)?zāi)M用水實(shí)驗(yàn)?zāi)M用水為垃圾滲濾液適當(dāng)稀釋而成, 其特性見表1。表1垃圾

5、浸泡液特性COD Cr BOD 5pHmg LNO 2-1112NH 4+2916硬度Mn ZnM g 2+NO 3-利用零價(jià)鐵的還原性, 與無機(jī)離子發(fā)生氧化還原反應(yīng), 將重金屬以不溶性化合物或單質(zhì)的形式從水溶環(huán)境工程2006年12月第24卷第6期93115室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)方法表3重金屬的去除效果實(shí)驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目進(jìn)水濃度出水濃度去除率%Mn 1618111893Zn 2612218889Cr 216012690Se 218mg L首先進(jìn)行了室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn), 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中, 水的滲流速度大約控制在65cm d 左右, 反應(yīng)器中的反應(yīng)介質(zhì)的滲透系數(shù)為細(xì)砂的2倍左右, 將實(shí)驗(yàn)樣品通過實(shí)驗(yàn)裝置后(見圖1 , 分

6、別取樣, 對(duì)C OD Cr 、BOD 5、鹵代烴、NO 、NO 、NH 以及重金屬等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析, 觀察其污染物的變化。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論211反應(yīng)器介質(zhì)對(duì)有機(jī)物的去除-3-2+4013687實(shí)驗(yàn)報(bào)道的可以被金屬鐵(零價(jià)鐵 去除的重金屬污染物有:鉻、鎳、鉛、鈾、錳、硒、銅、鈷、鎘、鋅等。213反應(yīng)器介質(zhì)對(duì)三氮的去除由于Fe 有很強(qiáng)的還原性, 能夠提供電子, 使NO 3發(fā)生轉(zhuǎn)化。使NO 3轉(zhuǎn)化為NH 4、N 2、NO 2。-+-反應(yīng)器介質(zhì)對(duì)有機(jī)污染物C OD Cr 、BOD 5以及鹵代烴有很好的去除效果。分析其原因有以下幾點(diǎn):(1 反應(yīng)器中的鐵, 對(duì)C OD Cr 、BOD 5的去除是通過由于

7、反應(yīng)器內(nèi)始終處于厭氧條件下, 使NH 4為電子供體, 以NO 3或NO 2為電子受體, 將氨氮和硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變成N 2。另外, Fe 和活性炭。3NH 4具有一定( 表4三氮的去除效果實(shí)驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目進(jìn)水濃度出水濃度去除率%NO 3-461851688103NH 4+291611395161mg L-+0-+還原作用將難生物降解或不可生物降解的簡單有機(jī)物, 對(duì)其復(fù)雜結(jié)構(gòu)起破壞作用。經(jīng)過Fe 的反應(yīng)以后, 有機(jī)污染物可在反應(yīng)器中發(fā)生生物降解等作用, 使C OD Cr 等有機(jī)物降低。另外, Fe 的吸附作用, C Cr (2 , 對(duì)的吸附去除率。而對(duì)于高分子有機(jī)物如膠體、大分子的腐殖質(zhì)等, 雖然由于“空間

8、位阻”, 活性炭難以吸附去除, 但有Fe 的存在, 通過還原作用將這些大分子復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生物降解的簡單有機(jī)物。這樣, 在活性炭和Fe 的共同作用下使得反應(yīng)器的去除效果非常明顯。經(jīng)過反應(yīng)器后有機(jī)污染物C OD Cr 、BOD 5、T CE (三氯乙烯 以及PCE (四氯乙烯 等分別去除89%、85%、90%、87%(見表2 。表2有機(jī)物的去除效果實(shí)驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目進(jìn)水濃度出水濃度去除率%COD Cr 81016891289BOD 5326481985TCE 416014590PCE 218013687mg L3結(jié)論(1 從上述實(shí)驗(yàn)表明,PRB 技術(shù)原位處理受污染的地下水, 確實(shí)可以達(dá)到比較滿意

9、的處理效果。但反應(yīng)介質(zhì)的選擇對(duì)PRB 修復(fù)技術(shù)效果有重要影響。在以往的研究中多是考慮一種反應(yīng)介質(zhì), 本研究中因選用成分復(fù)雜垃圾滲濾液, 這也是考慮受污染的地下水通常含多種污染物, 故選用了幾種反應(yīng)介質(zhì)的混合, 確定各組分的最佳配比。既保證了合理的滲透速度, 亦保證了最佳的處理效果。(2 目前研究對(duì)地下水復(fù)雜的行為了解不夠, 研究對(duì)象單一, 對(duì)多組分、多相有機(jī)物共同作用的污染研究較少。運(yùn)用PRB 進(jìn)行修復(fù)的場(chǎng)地實(shí)驗(yàn)過程中常常因?yàn)閷?duì)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和反應(yīng)單元中的污染物的地球化學(xué)作用的研究不夠, 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與場(chǎng)地實(shí)驗(yàn)應(yīng)用結(jié)果不一致。PRB 本身也存在一些問題需要進(jìn)一步研究。PRB 不可能保證把

10、污染物完全按人們?cè)O(shè)想處理的要212反應(yīng)器介質(zhì)對(duì)重金屬的去除含高價(jià)重金屬的無機(jī)離子, 是地下水中的重要污染物之一, 其在工業(yè)廢物、尾礦和核廢料污染的地下水中濃度很高。金屬鐵與重金屬離子發(fā)生氧化還原反應(yīng), 將重金屬以不溶性化合物或單質(zhì)的形式從水溶液中析出。實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)器介質(zhì)對(duì)有毒重金屬的去除表現(xiàn)出了很好的效果(見表3 。求予以攔截和捕捉; 其次, 隨著有毒金屬、鹽和生物活性物質(zhì)在PRB 中不斷地沉積和積累, PRB 會(huì)逐漸失去其活性, 超過其吸附過濾的容量, 所以需要定期地94環(huán)境工程2006年12月第24卷第6期4劉菲, 鐘佐. 地下水氯代烴的柵格水處理技術(shù). 地學(xué)前沿,2001,8(2 :309

11、2314.5藍(lán)俊康. TCE 污染的地下水修復(fù)技術(shù)與研究進(jìn)展. 地質(zhì)災(zāi)害與更換反應(yīng)介質(zhì), 這些定期更換的反應(yīng)介質(zhì), 有必要作為有害廢棄物加以處置, 或采用一定的方式予以封存; 另外, 如果該P(yáng)RB 是用來解決金屬的污染問題, 那么就難以確定反應(yīng)介質(zhì)在多長時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)有毒金屬的固定作用仍然有效, 也很難弄清哪些環(huán)境條件可能發(fā)生改變, 導(dǎo)致這些被固定的有毒金屬重新活化而進(jìn)入環(huán)境。(3 PRB 技術(shù)作為污染地下水的原位修復(fù)技術(shù), 其主要優(yōu)點(diǎn)是不需要泵抽和地面處理系統(tǒng), 且反應(yīng)介質(zhì)消耗很慢, 有幾年甚至幾十年的處理能力, 除了需長期監(jiān)測(cè)外, 幾乎不需運(yùn)行費(fèi)用, 節(jié)省了能源消耗。所以,PRB 是一種很有

12、前途的污染治理技術(shù)。參考文獻(xiàn)1胡黎明. 地下水污染修復(fù)的活性滲透墻技術(shù). 水利水電技術(shù),2003,34(7 :11213.2王業(yè)耀. 地下水污染修復(fù)的滲透反應(yīng)格柵技術(shù). 地下水,2004,26, (2 :972100.3董軍. . 環(huán)境保護(hù),2001,12(2 :40244.6隋紅, 張英, 高曉凡等. 土壤有機(jī)污染的原位修復(fù)技術(shù). 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2003,4(8 :41245.7黃國強(qiáng), 李凌等. 土壤污染的原位修復(fù). 環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài),2000,3:25227.8金燮, 楊風(fēng)林. 鈀2鐵催化還原法對(duì)水中三氯乙烯的快速脫氯研究, 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào),1997, (1 .9USEPA. P

13、ermeable reactive barrier technologies for contam valent inantremediation. EPA 600R 298125,1998.10P. W esterhoff. Reduction of Nitrate , Bromate , and chlorate by Z eroValent Iron Environ. Engin. , 2003,129(1 :10216.135號(hào)中國( 學(xué),2003,24 22006-08-11收稿(上接第91頁表1酒精廢液濃縮燃燒處理運(yùn)行結(jié)果表酒精產(chǎn)量廢液量廢液錘度(-1 -1 50(mg L -1

14、14000014°Bx>12pH 410廢液入口廢液流速濃縮液錘度廢液鍋爐蒸汽濃縮稀廢水耗爐灰收集運(yùn)行人員溫度80(m s -1 210pH 618系統(tǒng)裝機(jī)容量kW600°Bx6065壓力MPa015(m 3(t 汽量t -1 量d -1 (人班-1013(mg m -3 <200410(元萬t -16進(jìn)水COD Cr COD Cr 去除率%99196汽凝水COD Cr (mg L -1 6015汽凝水外供蒸汽量(t d -1 15814煙塵排放濃度處理廢水投資約100處理廢水收益(元t -1 115710(3 廣西區(qū)內(nèi)的酒精生產(chǎn)較為分散, 企業(yè)采用此技術(shù)難免出

15、現(xiàn)重復(fù)投資, 同時(shí)由于本項(xiàng)技術(shù)一次性投入較大, 一般企業(yè)難以接受, 所以在酒精生產(chǎn)上應(yīng)該進(jìn)行集中生產(chǎn), 廢水集中處理, 以提高設(shè)備利用率, 減少單位處理成本, 增加經(jīng)濟(jì)效益。(4 提高排出廢液的濃度生產(chǎn)工藝技術(shù)允許的條件下, 盡量提高生產(chǎn)過程排出廢水的濃度, 處理C OD Cr 的負(fù)荷不變的情況下將直接減少廢水處理量,13:2772282.2Antonia M.127521284.3馮惠玲等. 酒精廢液濃縮與蔗渣摻混進(jìn)鍋爐燃燒技術(shù). 廣西蔗Aerobic 2anaerobic Biodegradation of Beet M olassesAlcoholic Fermentation W as

16、terwater. Process Biochem istry , 2003, 38:糖,1999, (3 :36237.4陳孟林等. 催化亞臨界水氧化法處理糖蜜酒精廢液的研究. 工業(yè)用水與廢水,2005,36(2 :33236.5別如山等. 國內(nèi)外有機(jī)廢液的焚燒處理技術(shù). 化工環(huán)保,1999,(19 :1482153.大幅降低濃縮設(shè)備投資, 回收蒸汽量增加, 經(jīng)濟(jì)效益也有很大提高。參考文獻(xiàn)1M otonobu G oto ,T akasugu Nada. Supercritical W ater Oxidation for theDestruction of Municipal Excess

17、 S ludge and Alcohol Distillery W astewater of M olasses. The Journal of Supercritical Fluids , 1998,作者通訊處李勝超530001南寧市明秀東路185號(hào)檸檬宿A 座12樓1205廣西綠洲熱能設(shè)備有限公司電話(0771 2575169E 2m ail lisc818163. com2006-01-17收稿6E NVIRONME NT A L E NGINEERINGV ol 124,N o 16,Dec. ,2006Li Xiaohong Ding Yi Zhang Yanqiu (83Abstr

18、act Through im plementation of clean production including three wastes treatment ,res ource s integrative utilization and reform of production process of terephthalic acid (PT A equipment , it makes environmental targets come into reality ; and preferable environmental , economical and s ocial benef

19、its are als o obtained.K eyw ords PT A equipment , three wasters treatment , res ource integrative utilization ,reform of production process &equipmentand clean productionC LEAN PRODUCTION OF PT A EQUIPMENTADVANCED TREATMENT OF OR G ANIC COMPOUNDS I N WATER USI N G ACTI VATED CARBON FI LTER Shi

20、Dongwen Chen Jianbo Xi Danli et al (85Abstract Biologically activated carbon (BAC filter could effectively rem ove C OD Mn , UV 254, chloroform formation potential and dichlorobrom omethane formation potential in effluent , however , freshly produced activated carbon (FAC filter per formed much bett

21、er in rem oval of these organic substances. The dibrom ochloromethane formation potential in the BAC filter effluent w ould rise after the advanced treatment while the FAC filter s ometimes has a certain rem oval effect.K eyw ords biologically activated carbon filter , freshly produced activated car

22、bon filter , formation potential and rem oval effectsCOMPARATI VE TEST OF TREATI N G DYEI N G WASTEWATER BY CAT A LYZED IRON I NNER E LECTROLYSIS PROCESS WITH AERATION AND THAT WITHOUT AERATION Zhao Jianguo Guo Wang Huaiyu (88 Abstract Aeration and no aeration are used in catalyzed iron inner electr

23、olysis ( process to pretreat respectively. C olority ,C OD Cr ,phosphate and pH etc in the wastewater are measured before show that the rem oval of C OD Cr , colority and phosphate in wastewater is increased than that without aeration.K eyw ords dyeing wastewater , , NOVE L AND ITS APPLICATION I N T

24、REATMENT OF A LCOHOL Li Shengchao Liu Minghua Pan Zhengxian (90Abstract By the characteristics of alcohol wastewater and the comm on problems existing in concentrated combustion methods ,a novel concentrated combustion method ,in which flash vaporation and concentration with high flow 2rate ,large 2

25、v olume ,high vacuum and alternative spurting and combustion of concentrated wastewater ,was used to treat alcohol wastewater. Meanwhile ,a U 2tube fly ash settler was designed to av oid ash blockage. The project practice showed that C OD Cr rem oval rate of alcohol wastewater can reach 99196%, and

26、zero 2emission of organic wastewater can als o be realized.K eyw ords alcohol wastewater , concentrated and combustionLi Jinying Tong Yuanqing Cai Wutian et al (92 Abstract The in 2situ restoration technology of groundwater pollution is economical and convenient. Researches have shown that the techn

27、ology can effectively eliminate the heavy metals and organic contaminants in groundwater. I t is summarized the development of research and practical application in eliminating contaminants , and analyzed concisely the shortcomings of the technnology and its vast range of prospects.K eyw ords ground

28、water , em pois on , in 2situ restoration and PR BI N 2SITU RESTORATION TECHNOLO GY OF GROUNDWATER POLLUTIONI NITI A L APPROACH TO WATER 2SAVI N G IRRIG ATION TECHNOLO GY OF GREEN ROOFS I N BEI J I N G Wang Huizhen Wang Rongbin Mu Huaying (95Abstract G reen roofs are an im portant part of an urban afforestation. The water 2saving irrigation of green roofs is very im portant to wa