地下水污染的原位修复技术_PRB法_李金英

地下水污染的原位修复技术———PRB法李金英1佟元清1,2蔡五田1郭彦威1王秀明1(1.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;2.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PRB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PRB法0引言随着工农业的发展,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(permeablereactivebarrier,PRB)是最具有发展潜力的一种方法。1998年,通过对世界各国的50个工程的试验研究,证明了这种技术的可行性及其广阔的应用前景。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,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1.1PRB系统的设计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。1.2实验原理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液中析出。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。活性炭本身是一种很强的有机物吸附剂,对大分子的芳香溶剂类,分子量不大的腐殖质等有很高的吸附去除率。而对于高分子有机物如胶体、大分子的腐殖质等,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。1.3实验装置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。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0.5～1.0mm,起过滤、缓冲和保护作用;细砂为模拟含水层,由粒径<0.25mm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1∶1∶0.5组成。1.4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垃圾浸泡液特性mgLCODCrBOD5pH硬度MnZnMg2+NO-3NO-2NH+4810.6326.07.68516.816.826.2256.346.811.229.692环境工程2006年12月第24卷第6期DOI:10.13205/j.hjgc.2006.06.0311.5室内模拟实验方法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65cmd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),分别取样,对CODCr、BOD5、卤代烃、NO-3、NO-2、NH+4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2.1反应器介质对有机物的去除反应器介质对有机污染物CODCr、BOD5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CODCr、BOD5的去除是通过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Fe0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CODCr等有机物降低。另外,Fe0本身也具有一定的吸附作用,可以降低部分CODCr。(2)活性炭本身是一种很强的有机物吸附剂,对大分子的芳香溶剂类,分子量不大的腐殖质等有很高的吸附去除率。而对于高分子有机物如胶体、大分子的腐殖质等,虽然由于“空间位阻”,活性炭难以吸附去除,但有Fe0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Fe0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CODCr、BOD5、TCE(三氯乙烯)以及PCE(四氯乙烯)等分别去除89%、