地下水污染的原位修复技术_PRB法

1、92环境工程2006年12月第24卷第6期地下水污染的原位修复技术PRB 法李金英佟元清11,2蔡五田郭彦威王秀明111(11中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所, 河北保定071051; 21中国地质大学环境学院, 湖北武汉430074摘要原位修复地下水污染技术, 具有经济、高效等特点。国外大量研究表明, 此技术可以有效去除地下水中的重金属和有机污染物。本文主要介绍了原位修复技术中的PR B 方法及其特点, 并通过实验验证了其对地下水中重金属、有机物和三氮等污染物的去除效果, 以此为基础, 讨论了在我国开发应用该技术的前景及应注意的问题。关键词地下水污染原位修复PR B 法0引言液中

2、析出。同时, 零价铁还可将难生物降解或不可生物降解的有机物还原为可生物降解或易生物降解的简单有机物, 对大分、大分子的腐殖质等, 由于“空间位阻”, 活性炭难以吸附去除。在有铁存在时, 通过铁的还原作用, 将大分子复杂的有机物转化为易生物降解的简单有机物, 从而满足活性炭吸附条件。113实验装置随着工农业的发展, 土壤和地下水污染已经成为当今世界突出的环境问题之一, 保护地下水资源和治理受污染的地下水已刻不容缓。对地下水污染治理中, 其中在含水层中安装可渗透反应器(reactive barrier , PRB 1998年, , 。根据美国环保局的定义:PRB是一个填充有活性反应介质的被动反应区

3、, 当被污染的地下水通过时污染物能被降解或固定。污染物靠自然水力传输通过预先设计好的介质时, 溶解的有机物、金属、核素等污染物被降解、吸附、沉淀或去除。屏障中含有降解挥发性有机物的还原剂、固定金属的络(螯 合剂、微生物生长繁殖所需要的营养物和氧气或其它试剂。PRB 法目前正逐步替代运行成本高昂的抽出处实验采用有机玻璃反应器, 总长度80cm , 内径10cm , 具体实验装置如图1所示 。理技术, 成为地下水修复技术的发展方向。本文拟向读者介绍PRB 技术, 并通过实验验证其可行性。1实验装置和模拟实验方法111PRB 系统的设计图1实验装置示意图图中石英砂层为8cm 厚的石英砂, 粒径为01

4、5110mm , 起过滤、缓冲和保护作用; 细砂为模拟含水在含水层中建立原位处理系统, 是根据美国环保局对PRB 的定义, 在垂直于地下水流动的方向上建造一个可渗透的反应墙, 当污染的地下水流经反应墙时, 污染物与墙体介质材料发生物理化学反应而被去除(或被降解、吸附 , 从而达到环境修复的目的。反应介质主要采用去污达标、不产生次生污染、处理成本低的铁粉和活性炭等。112实验原理层, 由粒径<0125mm 的砂组成, 厚度为10cm ; 反应器为主体部分, 厚度为12cm , 由砂、铁、活性炭按11015组成。114实验模拟用水实验模拟用水为垃圾渗滤液适当稀释而成, 其特性见表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-利用零价铁的还原性, 与无机离子发生氧化还原反应, 将重金属以不溶性化合物或单质的形式从水溶环境工程2006年12月第24卷第6期93115室内模拟实验方法表3重金属的去除效果实验测定项目进水浓度出水浓度去除率%Mn 1618111893Zn 2612218889Cr 216012690Se 218mg L首先进行了室内模拟实验, 在整个实验中, 水的渗流速度大约控制在65cm d 左右, 反应器中的反应介质的渗透系数为细砂的2倍左右, 将实验样品通过实验装置后(见图1 , 分

6、别取样, 对C OD Cr 、BOD 5、卤代烃、NO 、NO 、NH 以及重金属等指标进行监测分析, 观察其污染物的变化。2实验结果与讨论211反应器介质对有机物的去除-3-2+4013687实验报道的可以被金属铁(零价铁 去除的重金属污染物有:铬、镍、铅、铀、锰、硒、铜、钴、镉、锌等。213反应器介质对三氮的去除由于Fe 有很强的还原性, 能够提供电子, 使NO 3发生转化。使NO 3转化为NH 4、N 2、NO 2。-+-反应器介质对有机污染物C OD Cr 、BOD 5以及卤代烃有很好的去除效果。分析其原因有以下几点:(1 反应器中的铁, 对C OD Cr 、BOD 5的去除是通过由于

7、反应器内始终处于厌氧条件下, 使NH 4为电子供体, 以NO 3或NO 2为电子受体, 将氨氮和硝态氮转变成N 2。另外, Fe 和活性炭。3NH 4具有一定( 表4三氮的去除效果实验测定项目进水浓度出水浓度去除率%NO 3-461851688103NH 4+291611395161mg L-+0-+还原作用将难生物降解或不可生物降解的简单有机物, 对其复杂结构起破坏作用。经过Fe 的反应以后, 有机污染物可在反应器中发生生物降解等作用, 使C OD Cr 等有机物降低。另外, Fe 的吸附作用, C Cr (2 , 对的吸附去除率。而对于高分子有机物如胶体、大分子的腐殖质等, 虽然由于“空间

8、位阻”, 活性炭难以吸附去除, 但有Fe 的存在, 通过还原作用将这些大分子复杂的有机物转化为易生物降解的简单有机物。这样, 在活性炭和Fe 的共同作用下使得反应器的去除效果非常明显。经过反应器后有机污染物C OD Cr 、BOD 5、T CE (三氯乙烯 以及PCE (四氯乙烯 等分别去除89%、85%、90%、87%(见表2 。表2有机物的去除效果实验测定项目进水浓度出水浓度去除率%COD Cr 81016891289BOD 5326481985TCE 416014590PCE 218013687mg L3结论(1 从上述实验表明,PRB 技术原位处理受污染的地下水, 确实可以达到比较满意

9、的处理效果。但反应介质的选择对PRB 修复技术效果有重要影响。在以往的研究中多是考虑一种反应介质, 本研究中因选用成分复杂垃圾渗滤液, 这也是考虑受污染的地下水通常含多种污染物, 故选用了几种反应介质的混合, 确定各组分的最佳配比。既保证了合理的渗透速度, 亦保证了最佳的处理效果。(2 目前研究对地下水复杂的行为了解不够, 研究对象单一, 对多组分、多相有机物共同作用的污染研究较少。运用PRB 进行修复的场地实验过程中常常因为对地质、水文地质条件和反应单元中的污染物的地球化学作用的研究不够, 导致实验室试验与场地实验应用结果不一致。PRB 本身也存在一些问题需要进一步研究。PRB 不可能保证把

10、污染物完全按人们设想处理的要212反应器介质对重金属的去除含高价重金属的无机离子, 是地下水中的重要污染物之一, 其在工业废物、尾矿和核废料污染的地下水中浓度很高。金属铁与重金属离子发生氧化还原反应, 将重金属以不溶性化合物或单质的形式从水溶液中析出。实验中反应器介质对有毒重金属的去除表现出了很好的效果(见表3 。求予以拦截和捕捉; 其次, 随着有毒金属、盐和生物活性物质在PRB 中不断地沉积和积累, PRB 会逐渐失去其活性, 超过其吸附过滤的容量, 所以需要定期地94环境工程2006年12月第24卷第6期4刘菲, 钟佐. 地下水氯代烃的栅格水处理技术. 地学前沿,2001,8(2 :309

11、2314.5蓝俊康. TCE 污染的地下水修复技术与研究进展. 地质灾害与更换反应介质, 这些定期更换的反应介质, 有必要作为有害废弃物加以处置, 或采用一定的方式予以封存; 另外, 如果该PRB 是用来解决金属的污染问题, 那么就难以确定反应介质在多长时间范围内对有毒金属的固定作用仍然有效, 也很难弄清哪些环境条件可能发生改变, 导致这些被固定的有毒金属重新活化而进入环境。(3 PRB 技术作为污染地下水的原位修复技术, 其主要优点是不需要泵抽和地面处理系统, 且反应介质消耗很慢, 有几年甚至几十年的处理能力, 除了需长期监测外, 几乎不需运行费用, 节省了能源消耗。所以,PRB 是一种很有

12、前途的污染治理技术。参考文献1胡黎明. 地下水污染修复的活性渗透墙技术. 水利水电技术,2003,34(7 :11213.2王业耀. 地下水污染修复的渗透反应格栅技术. 地下水,2004,26, (2 :972100.3董军. . 环境保护,2001,12(2 :40244.6隋红, 张英, 高晓凡等. 土壤有机污染的原位修复技术. 环境污染治理技术与设备,2003,4(8 :41245.7黄国强, 李凌等. 土壤污染的原位修复. 环境科学动态,2000,3:25227.8金燮, 杨风林. 钯2铁催化还原法对水中三氯乙烯的快速脱氯研究, 大连理工大学学报,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号中国( 学,2003,24 22006-08-11收稿(上接第91页表1酒精废液浓缩燃烧处理运行结果表酒精产量废液量废液锤度(-1 -1 50(mg L -1

14、14000014°Bx>12pH 410废液入口废液流速浓缩液锤度废液锅炉蒸汽浓缩稀废水耗炉灰收集运行人员温度80(m s -1 210pH 618系统装机容量kW600°Bx6065压力MPa015(m 3(t 汽量t -1 量d -1 (人班-1013(mg m -3 <200410(元万t -16进水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烟尘排放浓度处理废水投资约100处理废水收益(元t -1 115710(3 广西区内的酒精生产较为分散, 企业采用此技术难免出

15、现重复投资, 同时由于本项技术一次性投入较大, 一般企业难以接受, 所以在酒精生产上应该进行集中生产, 废水集中处理, 以提高设备利用率, 减少单位处理成本, 增加经济效益。(4 提高排出废液的浓度生产工艺技术允许的条件下, 尽量提高生产过程排出废水的浓度, 处理C OD Cr 的负荷不变的情况下将直接减少废水处理量,13:2772282.2Antonia M.127521284.3冯惠玲等. 酒精废液浓缩与蔗渣掺混进锅炉燃烧技术. 广西蔗Aerobic 2anaerobic Biodegradation of Beet M olassesAlcoholic Fermentation W as

16、terwater. Process Biochem istry , 2003, 38:糖,1999, (3 :36237.4陈孟林等. 催化亚临界水氧化法处理糖蜜酒精废液的研究. 工业用水与废水,2005,36(2 :33236.5别如山等. 国内外有机废液的焚烧处理技术. 化工环保,1999,(19 :1482153.大幅降低浓缩设备投资, 回收蒸汽量增加, 经济效益也有很大提高。参考文献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,作者通讯处李胜超530001南宁市明秀东路185号柠檬宿A 座12楼1205广西绿洲热能设备有限公司电话(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