萬海洮，徐建平

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽蕪湖 241000)

可滲透反應(yīng)墻(permeable reactive barrier，PRB)是目前歐美等發(fā)達(dá)國家新興的原位去除地下水中污染組分的方法。目前歐美發(fā)達(dá)國家對其已經(jīng)有普遍研究，并已經(jīng)開始商業(yè)化應(yīng)用［1－2］。PRB一般安裝在地下蓄水層中，垂直于地下水流方向。當(dāng)污染的地下水流在自身水力梯度作用下通過反應(yīng)墻時(shí)，污染物與墻體中的反應(yīng)材料發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)而被去除，從而達(dá)到污染修復(fù)的目的［3］。PRB 處理酸性礦井水開始于 1995 年［4］。相較于傳統(tǒng)的石灰中和、硫化物沉淀、工程覆蓋、濕地處理等方法，PRB法具有作用時(shí)間長、處理污染物種類多、處理效果好、安裝施工方便、投資和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

我國對PRB技術(shù)的研究起步較晚，目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段［5－8］。馬文超等［9］研究了5 種PRB反應(yīng)材料處理地下水污染的效果，分別用活性炭、天然沸石、粉煤灰、陶土、人工沸石為反應(yīng)材料，設(shè)計(jì)了5種不同介質(zhì)的PRB反應(yīng)器，通過對COD值與氨氮含量的測定進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模擬研究。目前，PRB正逐步取代運(yùn)行成本高昂的抽出－處理技術(shù)，成為地下水修復(fù)技術(shù)的主要發(fā)展方向［10］。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和器具

實(shí)驗(yàn)所用的PRB反應(yīng)器為筆者設(shè)計(jì)的有機(jī)玻璃柱柱體，反應(yīng)柱的內(nèi)徑為6 cm，高度為60 cm，進(jìn)水口距反應(yīng)器底部5 cm，出水口距反應(yīng)器頂部10 cm。其他器具包括蠕動(dòng)泵、燒杯、量筒、玻璃回流裝置、加熱裝置、滴定管、漏斗。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)所用的酸性礦井水為筆者制備的模擬水，配置過程如下:將 K2HPO4、NH4Cl，Na2SO4、CaCl2·2H2O、MgSO4·7H2O 、70%乳酸鈉溶液、Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O、MgSO4按照一定的量溶于蒸餾水中，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值到4左右，配成的模擬水COD和硫酸根濃度在4 000 mg/L左右。

反應(yīng)介質(zhì)為陶粒(3～5 mm與5～8 mm兩種粒徑范圍)、竹炭(3～5 mm與5～8 mm兩種粒徑范圍)、粉煤灰、煤渣等6種反應(yīng)填料。

實(shí)驗(yàn)儀器有紫外分光光度計(jì)、萬分之一電子天平、pH計(jì)等。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1)填裝自制的有機(jī)玻璃柱作為實(shí)驗(yàn)裝置，填料的填充高度為45 cm。

2)采用蠕動(dòng)泵向反應(yīng)柱供水，反應(yīng)8 h后取第1次出水測量水質(zhì)。之后每8 h取一次水樣測量水質(zhì)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 填料性能的初步測試

測試結(jié)果見表1。由表1可以看出:填料性能的初步測試結(jié)果良好，各種反應(yīng)填料對模擬酸性礦井水均有一定的處理效果;6種反應(yīng)填料對酸性礦井廢水中的污染物都有一定的處理效果，其中小粒徑陶粒對COD的去除效果較好，可達(dá)50%以上;粉煤灰對礦井廢水的pH值調(diào)節(jié)作用較好。

2.2 單種填料反應(yīng)2 d

將填料裝進(jìn)反應(yīng)柱，打開蠕動(dòng)泵進(jìn)水，8 h取第1次出水，然后每8 h取一次水樣測其水質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1可看出 :① 填料對酸性礦井廢水的pH值有很好的調(diào)節(jié)作用，其中粉煤灰的效果最好，可調(diào)節(jié)至8以上，且效果較穩(wěn)定，煤渣效果相對較差;②陶粒對COD有較好的處理效果，粉煤灰對COD的處理效果也較理想，竹炭對COD的處理效果不理想，但對硫酸根處理效果較好，陶粒和竹炭的粒徑大小對COD去除效果影響不顯著;③煤渣對酸性礦井水中各種污染物的去除效果較差，考慮進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)時(shí)將其淘汰。

2.3 填料的耐久性測試

根據(jù)單種填料反應(yīng)2 d的效果，選取其中4種處理效果相對較好的填料(粉煤灰、陶粒、兩種粒徑的竹炭)做耐久性實(shí)驗(yàn)，測試填料的吸附性能和最大吸附量。粉煤灰和大粒徑竹炭的處理效果見圖2，陶粒和小粒徑竹炭的處理效果見圖3。

表1 填料性能初步測試結(jié)果

圖1 單種填料反應(yīng)2d實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2 粉煤灰和大粒徑竹炭的處理效果

圖3 陶粒和小粒徑竹炭的處理效果

由圖2、3可以看出:① 粉煤灰對酸性礦井水有較好的調(diào)節(jié)作用，反應(yīng)10 d依然能將pH值調(diào)節(jié)到5以上;陶粒對pH的調(diào)節(jié)在前48 h均有較好的效果，之后基本無調(diào)節(jié)作用。竹炭對pH的調(diào)節(jié)作用較差。②粉煤灰和竹炭對COD的去除效果良好，在反應(yīng)48 h左右去除率可達(dá)50%以上，反應(yīng)116 h還有一定處理效果。在反應(yīng)10 d以后基本無處理效果。③粉煤灰對硫酸根的去除率在48 h內(nèi)較好，之后處理效果較差。陶粒對硫酸根的去除效果較好，且相對穩(wěn)定。

3 結(jié)論

1)6種反應(yīng)材料對模擬酸性礦井水中的COD、硫酸根都有一定的去除效果，但是耐久性不佳。粉煤灰對礦井廢水的pH值有極好的調(diào)節(jié)作用，反應(yīng)10 d后效果良好。小粒徑的竹炭對硫酸根的的去除效果最好，粉煤灰和陶粒對COD的處理效果較好，但是耐久性較差，反應(yīng)10 d后基本無處理效果。煤渣對酸性礦井水的處理效果最差。

2)在實(shí)際的酸性礦井水修復(fù)過程中，可將各種反應(yīng)材料按一定比例混合，去除效果會更好。還可將高效降解菌(例如硫酸鹽還原菌)固定在反應(yīng)填料上制成生物反應(yīng)材料，去除效果將會大幅度提高，且可以延長反應(yīng)材料的使用壽命。

3)為了節(jié)約資源，可以考慮對反應(yīng)填料進(jìn)行再生以提高填料的利用效率。

［1］崔俊芳，鄭西來，林國慶.地下水有機(jī)污染處理的滲透性反應(yīng)墻技術(shù)［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2003，14(3):363－367.

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