地下水渗透反应格栅技术发展综述

面对日益严重的地下水污染,地下水渗透反应格栅技术作为一种原位、简易、被动技术在地下水污染修复中被广泛研究和应用。依据渗透反应格栅技术的定义及发展历程,渗透反应格栅技术的发展大致可以分为2个阶段,即2000年以前的传统零价铁渗透反应格栅阶段和2000年以后的新型复合介质渗透反应格栅阶段。伴随地下水污染形势的日益复杂化,以及渗透反应格栅技术的不断应用和材料科学等其他学科的飞速发展,未来渗透反应格栅技术的发展将主要集中于复合介质与新介质的开发、组合式渗透反应格栅技术的研发、渗透反应格栅技术与其他修复技术的联用以及渗透反应格栅工程的长期监测及管理。     

矿物介质材料在渗透反应格栅技术中的应用研究进展

渗透反应格栅(Permeable Reactive Barrier, PRB)技术是一种有效、实用的地下水原位修复技术,反应介质材料是PRB技术的核心。鉴于传统铁基介质材料在PRB运行中存在易氧化、堵塞的问题,本文围绕3大类典型矿物材料(含铁矿物、孔道/层状结构矿物和磷灰石),结合其晶体结构特点,介绍了它们作为PRB介质材料的原理及应用研究进展,并进一步讨论了目前相关研究的局限及未来发展的重点方向。     

地下水污染修复的渗透反应格栅技术

渗透反应格栅是一种原位修复地下水的新技术,具有经济、便捷等特点.大量研究表明,渗透反应格栅可以有效去除重金属和氯代烃等污染物.本文概括了渗透反应格栅去除污染物的研究进展及实际应用,简要分析了此技术存在的问题和发展前景.目前渗透反应格栅已经在世界各地应用,可以预料,这一技术在我国有良好的应用前景.     

铁还原地下水环境中微生物降解苯和甲苯的碳源 专一性分析

文中研究在粒状铁化学还原三氯乙烯渗透反应格栅和生物降解苯和甲苯渗透反应格栅的联合格栅技术中,下游生物降解格栅中铁还原环境下微生物对苯和甲苯的生物降解。通过模拟粒状铁渗透反应格栅下游铁还原环境,主要研究微生物以苯、甲苯作为碳源时,对碳源的专一性。通过批实验发现,对于分别用苯和甲苯培养驯化的微生物,互换碳源后,微生物对2 000.00μg/L苯和甲苯的生物降解半衰期分别由之前的1.0和1.5 d减少到0.7和1.0 d,互换碳源后苯和甲苯的去除率分别增加38%和32%。在粒状铁渗透反应格栅下游生物降解渗透反应格栅中,微生物在铁还原环境下以苯、甲苯作为碳源时对碳源没有专一性,苯和甲苯可以同时被生物降解去除。     

人工回灌条件下的水岩作用室内实验研究

人工回灌过程中所发生的水岩作用是影响含水层地下水环境质量的重要因素。本次采用室内实验技术对人工回灌过程中的水文地球化学作用和各主要离子的来源进行了分析。结果表明：人工回灌过程中地下水中的Na＋不仅受混合作用的影响,还伴随有相应的阳离子交换反应和含Na矿物的溶解反应等,而且回灌过程对原始地下水中的Na＋、Cl-有稀释作用;K＋主要受到钾长石矿物溶解的影响;人工回灌过程中存在石膏、方解石等矿物组分溶解,并且介质中的含锰矿物和含铁矿物发生了溶解反应。     

与铁相关的几种渗透反应格栅材料性能的比较

挥发性氯代有机化合物为地下水和饮用水中最常见的挥发性有机污染之一。文中对日益引人注意的渗透反应格栅(PRB:permeable reactive barrier)材料进行了研究。主要在实验室条件下,利用中国现有的实用性材料———铸铁的铁屑、实验室合成双金属和纳米双金属作为反应介质,对反应的脱氯效果和机理、还原性脱氯的反应动力学和影响因素进行初步的研究,以寻求一种可以大量得到的廉价而高效的材料,研究它对氯代烃的降解效率。在研究中选择最有代表性的CT和PCE作为目标污染物,讨论粒状铁、双金属以及纳米双金属对氯代有机物的降解速率,确定气相色谱法测定水溶液中的氯代有机物浓度的最佳实验条件,比较3 类反应介质的特点和应用范围。     

牡蛎壳改性及联合释氧复合材料修复地下水氨氮污染实验研究

为研究以牡蛎壳-释氧复合材料为填料的渗透反应格栅去除地下水氨氮污染的效果及其经济实用性,开展了相关室内实验:采用高温加热方式对牡蛎壳进行改性,通过测定牡蛎壳改性后的比表面积判定其吸附效果;以过氧化钙为释氧化合物,将其与水泥、石英砂/牡蛎壳粒、钙基膨润土以一定比例混合制成粒径约1.8 cm球型释氧材料,采用静态实验研究不同原料配比的释氧材料的释氧性能;最后研究了两种不同粒径牡蛎壳粒-释氧复合材料修复地下水氨氮的效果及不同供氧方式下不同吸附材料修复地下水氨氮的效果及其经济实用性。结果表明:对牡蛎壳粒进行高温改性,牡蛎壳粒高温条件下会产生团聚现象,比表面积随煅烧温度升高呈下降趋势,高温改性方式并不能有效改善牡蛎壳粒吸附性能;实验中制作的释氧材料在95天的实验期间,各实验柱的溶解氧量可以保持在18 mg/L左右,且在嗜碱菌作用下pH值得以有效降低,所制作的释氧材料可为硝化细菌长期在溶解氧低的地下水环境中生长提供氧气;以牡蛎壳-释氧复合材料为填料的渗透反应格栅通过耐碱硝化细菌的硝化作用可以将氨氮浓度从50 mg/L降至约35 mg/L,不同粒径牡蛎壳粒修复效果差异不明显。使用牡蛎壳-释氧复合材料渗透反应格栅长期修复地下水氨氮,不仅可以达到活性炭及沸石作为骨架的修复效果,而且更加具有经济实用性。     

快速高效去除淮北农村地下水中高氟研究

氟是地球表面分布最广的元素之一，长期摄人过量氟会引起氟中毒（地方病）。利用天然矿物中的某些特殊性能，经提纯、活化、改性加工研制出除氟颗粒滤料和活化再生剂；探讨高氟地下水形成机理：阐述滤料除氟原理和影响除氟因素；设计操作简便除氟装置；制定行之有效的除氟工艺流程，在2个农村水厂进行除氟工程扩大应用试验，运行2年来取得较好的除氟效果。     

地下水中氯化钠对某新型释氧材料性能的影响

释氧化合物应用于地下水有机污染原位修复技术具有广阔的应用前景,然而地下水中各离子组分对释氧化合物性能的影响却鲜有文献提及。本研究建立了一套地下水流模拟装置,以含有热解改性含油污泥残渣的新型释氧材料(Modified Oxygen Releasing Compound,简称MORC)作为研究对象,采用Na Cl溶液和去离子水作为对照组,探讨Na Cl对MORC释氧性能的影响,并采用扫描电镜对MORC表面矿物结构进行表征。研究结果表明:Na Cl对MORC释氧具有显著的促进作用,当Na Cl溶液浓度为1 000 mg/L、3 000 mg/L时,其促进释氧率分别为12.91%和14.13%。MORC释氧过程中产生的矿物沉淀逐渐在MORC表面沉积,导致材料表面释氧孔道堵塞是影响MORC释氧的重要限制因素。     

硝酸根对颗粒状铁降解三氯乙烯的影响(英文)

为研究硝酸根对颗粒状铁降解三氯乙烯的影响,进行了柱实验和相应的反应铁腐蚀电位测定。在硝酸根离子存在条件下,铁的腐蚀电位相应升高,系统条件也因之发生变化,导致钝性的铁氧化物在铁表面生成。因而,三氯乙烯和硝酸根离子降解速率明显减小, 并且降解速率减小的程度与硝酸根离子的浓度成比例。当污染液流过反应柱时,硝酸根离子与铁反应, 被还原为氨根离子。该反应造成硝酸根离子的浓度梯度,使钝化区在柱中上移,从而影响了三氯乙烯的降解曲线。与三氯乙烯单独与铁反应相比,当含4 7 mg/L硝酸根的三氯乙烯溶液流经反应柱170 孔隙体积后,降解50% 三氯乙烯所需的时间(t50) 从小于4 h增加到大于10 h;而当三氯乙烯溶液中加入100 mg/L硝酸根离子,仅17 孔隙体积溶液流经反应柱后,三氯乙烯降解t50就已大于14 h。研究结果表明,由于硝酸根离子对铁的腐蚀电位和铁表面氧化膜的不利作用,在处理靶污染物为高浓度硝酸根离子和三氯乙烯共同污染的地下水时,铁渗透反应隔栅不是最佳选择。如果靶污染物中硝酸根离子浓度比较低,则在设计铁隔栅时应考虑到硝酸根离子造成的不利因素,相应增加铁墙的厚度,从而确保三氯乙烯的降解效果。     

湛江市深层承压水铁分布和地球化学模拟研究

在广东省湛江市深层承压水开采过程中,在开采区内形成了区域水位降落漏斗。降落漏斗的形成对深层承压水的化学特性产生了一些影响,具体表现为：西部和西北部铁含量低,北部铁含量高,降落漏斗附近铁含量中等。对降落漏斗内深层承压水铁分布进行演化模拟计算,结果表明,降落漏斗内深层承压水的补给可能来自北部高铁承压水、西部和西北部低铁承压水以及浅层承压水。深层承压水由这些地下水混合而成,高铁地下水是主要补给来源。降落漏斗中心区深层承压水的大量人工开采导致其铁含量升高。地下水在向降落漏斗中心区的径流过程中,不但发生了方解石、白云石和赤铁矿的溶解作用以及菱铁矿和水绿矾的沉淀作用,而且发生了Na⁺与Ca²⁺的交换、铁氧化-还原反应等一系列复杂的水-岩作用。     

Geochemical processes controlling arsenic mobility in groundwater: A case study of arsenic mobilization and natural attenuation

The behavior of As in the subsurface environment was examined along a transect of groundwater monitoring wells at a Superfund site, where enhanced reductive dechlorination (ERD) is being used for the remediation of groundwater contaminated with chlorinated solvents. The transect was installed parallel to the groundwater flow direction through the treatment area. The ERD technology involves the injection of organic C (OC) to stimulate in situ microbial dechlorination processes. A secondary effect of the ERD treatment at this site, however, is the mobilization of As, as well as Fe and Mn. The concentrations of these elements are low in groundwater collected upgradient of the ERD treatment area, indicating that, in the absence of the injected OC, the As that occurs naturally in the sediment is relatively immobile. Batch experiments conducted using sediments from the site inoculated with an Fe(III)- and As(V)-reducing bacterium and amended with lactate resulted in mobilization of As, Fe and Mn, suggesting that As mobilization in the field is due to microbial processes.     

Impact Factors on Removal of Perchloroethylene with Nano-Ni/Fe Methodology

Chlorinated hydrocarbons are widely detected in groundwater, but conventional removal methodologies are not time-and-cost effective. With the development of iron reducing technology in recent years, research on nano-iron and nano-bimetal has become a hot spot. The paper presents the results of impact factors on perchloroethylene （PCE） removal by nano-Ni/Fe method. The data show that the reaction rate of unexposed nano-Ni/Fe is 4 times higher than exposed one; and temperature is one of the important controlling factors. Reaction rate constant KSA increases by 2-3 times with every 10℃ increment of temperature. Within a specific range, higher Ni/Fe ratio favors dechlorination process. When the Ni/Fe is 8%, the dechlorination process reaches the highest rate. Dissoved oxygen in the solution does not favor the degradation of chlorinated hydrocarbons.     

Recovery of chlorinated solvent trichloroethylene contaminated groundwater using a hybrid treatment system

In this laboratory pilot-scale study, a hybrid treatment system has been developed to remove chlorinated solvent trichloroethylene and fine particles from chlorinated solvent trichloroethylene-contaminated groundwater before it is applied for further recovery. The two-stage system contained fiber-ball filtration followed by nanofiltration membrane processes. The measured chlorinated solvent trichloroethylene and suspended solids of the tested groundwater were 850 μg/L and 1,052 mg/L, respectively. Up to 97.3 % of chlorinated solvent trichloroethylene and 99.9 % of SS could be removed by the hybrid system with an operational pressure of 4.1 kg/cm². The chlorinated solvent trichloroethylene removal mechanism in the fiber-ball filtration process could be due to adsorption. Approximately 98.2 and 78.6 % of chlorinated solvent trichloroethylene rejection was observed when nanofiltration membrane was used for chlorinated solvent trichloroethylene removal with the recover rate of 80 % and initial chlorinated solvent trichloroethylene concentration of 1 and 10 mg/L. Higher chlorinated solvent trichloroethylene rejection can be obtained when lower chlorinated solvent trichloroethylene concentration (1 mg/L) was applied. High chlorinated solvent trichloroethylene concentration (10 mg/L) would increase the pore size of nanofiltration, which causes the decrease in chlorinated solvent trichloroethylene rejection rate. Approximately 46.6 % of flux drop was observed when nanofiltration membrane was used along compared to the system using FF as the first treatment stage. This indicates that the application of fiber-ball filtration could maintain a higher flux of groundwater treatment. The developed fiber-ball filtration and nanofiltration hybrid membrane system is able to reduce the chlorinated solvent trichloroethylene and solid concentrations to meet the water reuse and groundwater remediation standards.     

Composition,stability, and measurement of reduced uranium phases for groundwater bioremediation at Old Rifle,CO

Reductive biostimulation is currently being explored as a possible remediation strategy for U-contaminated groundwater, and is being investigated at a field site in Rifle, CO, USA. The long-term stability of the resulting U(IV) phases is a key component of the overall performance of the remediation approach and depends upon a variety of factors, including rate and mechanism of reduction, mineral associations in the subsurface, and propensity for oxidation. To address these factors, several approaches were used to evaluate the redox sensitivity of U: (1) measurement of the rate of oxidative dissolution of biogenic uraninite (UO_2(s)) deployed in groundwater at Rifle, (2) characterization of a zone of natural bioreduction exhibiting relevant reduced mineral phases, and (3) laboratory studies of the oxidative capacity of Fe(III) and reductive capacity of Fe(II) with regard to U(IV) and U(VI), respectively.     

氯代挥发性有机物(VOCs)氯同位素测试技术及其在地下水污染中的应用研究进展

在有机氯污染的研究中,氯同位素（³⁷Cl）的应用能够在原子水平上识别污染源并研究污染机理,为更加有效地研究地下水的有机污染提供了有利的工具。综述了8种氯代VOCs氯同位素的测试方法与技术,论述了氯代VOCs氯同位素在识别地下水污染源、监测有机污染物的降解过程、检验防治措施的修复效果、鉴别氯代VOCs的生产厂商、示踪氯代VOCs在土壤和水体中的迁移和混合过程等方面的应用,认为应尽快在国内研制先进的测试流程,开展有机氯同位素分馏机理的研究,加强应用C和Cl同位素技术对氯代VOCs污染和检测修复效果的研究。     

电化学循环井驱动模拟含水层化学氧化降解三氯乙烯

传统原位化学氧化地下水修复技术存在氧化剂迁移距离短和利用率低等问题。本研究在双井循环模式促进传质的基础上,通过注水井中的地下水电解原位提供O₂和H₂,配合乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetic acid,EDTA)络合溶解出含水层Fe(Ⅱ),活化O₂产生羟基自由基(•OH),实现地下水三氯乙烯(TCE)的氧化降解。在填充了砂土和黏土互层的二维砂槽中,设置电流为0.2 A、流速为72 cm/d、初始TCE浓度为3 mg/L,经过9 d的连续通电处理后,TCE浓度降低到1 mg/L,降解率达到67%。通电前投加0.5 mmol/L EDTA,经过1 d水流循环后含水层中溶解态Fe(Ⅱ)浓度从02 mg/L增加到414 mg/L,黏土区域较高。通电过程中,循环井促进O₂、Fe(Ⅱ)-EDTA和TCE的有效接触与反应,使TCE氧化降解。通电初期,黏土区域Fe(Ⅱ)氧化速率、TCE降解速率较周围慢,后期差异逐渐减小。未通电时加入醋酸钠可促进Fe(Ⅲ)还原,使含水层中铁循环利用。该修复过程通过循环井提升了氧化剂迁移距离,使用源于含水层的Fe(Ⅱ)-EDTA和稳定性较好的O₂提高了氧化剂利用率,有望应用于有机污染地下水修复。     

利用铁屑腐蚀电池原位修复被氯代烃污染地下水的研究进展

简述了氯代烃的主要物理性质和用途，认为铁屑腐蚀电池处理氯代烃污水是基于氧化还原反应、铁屑中活性炭微粒对氯代烃的吸附与对反应的催化、氯离子对氧化膜的破坏和微电池的电场效应等原理；简要总结了迄今利用铁屑去除氯代烃的室内实验和利用原位铁屑反应墙处理地下水中的氯代烃污染研究所取得的成果，认为这种反应墙是一种效果好，成本低，维护方便，有望投入商业运行的最佳方法，并指出了其存在的问题。     

浅层地下水氯代烃污染天然生物降解的判别依据

天然条件下氯代烃生物降解的判别, 是确定氯代烃污染天然衰减恢复治理技术是否可以采用的关键, 可为天然衰减恢复治理技术的应用提供技术支持.通过分析氯代烃生物降解的特性发现, 地下水环境中氯代烃的生物降解, 必然伴随有第一基质、电子受体、中间产物以及有关的一些间接性指标, 在污染羽状体不同位置及污染羽状体内外产生明显变化, 这些指标的变化均可以不同程度地指示氯代烃生物降解的产生.据此总结出氯代烃生物降解衰减的判别依据分别为电子受体、第一基质(能源和碳源) 及降解中间产物三类指标.