何思意(茂名市環(huán)境技術(shù)中心，廣東 茂名 525000)

0 引言

在對地下重金屬污染水體進(jìn)行治理的過程中，PRB修復(fù)技術(shù)屬于一種十分有效的處理技術(shù)。相比較傳統(tǒng)的汞處理技術(shù)而言，此項處理技術(shù)不僅操作更加簡單，且成本也更加合理，其處理效果非常顯著。

1 設(shè)備和方法選擇

1.1 用水選擇

在本次試驗中，用Cu(II)來代表陽離子，用Cr(VI)來代表陰離子，通過此類重金屬來模擬配制被重金屬污染的地下水。本次試驗中所用水的各項指標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 本次試驗中所用的水的各項指標(biāo)參數(shù)

1.2 裝置選擇

本次試驗中進(jìn)行了A和B兩個反應(yīng)器的設(shè)計，其材質(zhì)為有機(jī)玻璃，總高度是100 cm，內(nèi)徑是8 cm。在PRB反應(yīng)器的上部用砂層填充，砂層厚度為30 cm，同時在砂層上方進(jìn)行了補水裝置的設(shè)置，以此來保障含水層中水體分布的均勻性。反應(yīng)器底部也用砂層填充，填充厚度是40 cm，以此來達(dá)到緩沖和過濾效果。PRB反應(yīng)器的主體位于中間，其高度是20 cm，取樣口設(shè)置在進(jìn)水口位置，與反應(yīng)器底部之間的距離為5 cm。PRB反應(yīng)器中的介質(zhì)組成成分如表2所示。

表2 PRB反應(yīng)器中的介質(zhì)組成成分表

1.3 試驗方法

分別稱取質(zhì)量組分不同的混合反應(yīng)介質(zhì)2 g，將其放置到200 mL規(guī)格的錐形瓶，加入150 mL模擬的重金屬污染地下水，混合之后密封好，在10～15 ℃的條件下振蕩，振蕩速度為90 r/min，然后分別在靜置12、24、36 h之后取樣，對目標(biāo)污染物進(jìn)行剩余濃度的分析[1]。試驗過程中，水流方向為從上到下自然滲透，取樣在進(jìn)出水口位置進(jìn)行，并對其pH值、DO、OPR、Cu(II)和Cr(VI)指標(biāo)進(jìn)行分析。主要的試驗參數(shù)如表3所示。

表3 主要試驗參數(shù)

2 實驗結(jié)果分析

2.1 反應(yīng)介質(zhì)最佳配比分析

為了對A反應(yīng)器中的磷灰石以及電石渣這2種介質(zhì)的最佳配比進(jìn)行確定，本次試驗中對不同配比情況下的介質(zhì)在Cu(II)和Cr(VI)這2種重金屬離子去除中獲得的效果進(jìn)行分析，具體情況如圖1所示。

具體介質(zhì)的配比情況如表4所示。

表4 具體的介質(zhì)配比情況

通過圖1可知，配比不同的混合反應(yīng)介質(zhì)會在Cu(II)去除中起到良好的處理作用，但是在Cr(VI)去除中所起到的作用卻并不是十分明顯。通過對各種配比條件下的混合反應(yīng)介質(zhì)在Cu(II)和Cr(VI)這兩種重金屬離子去除中所獲得的效果可知，反應(yīng)介質(zhì)的最佳配比是第六組，即電石渣0.8 g、磷灰石0.2 g、石英砂1.0 g。

圖1 不同配比情況下的介質(zhì)在Cu(II)和Cr(VI)去除中獲得的效果

2.2 出水pH值變化規(guī)律分析

通過分析可知，因為B屬于對照組，所以其pH值基本不變。之所以會出現(xiàn)這樣的情況，是因為石英砂對水體內(nèi)的重金屬污染物幾乎起不到去除效果。而在A反應(yīng)器內(nèi)，pH值有著顯著變化，在前10 d呈現(xiàn)出了逐漸上升趨勢，最高可達(dá)到8.5左右，而在10 d之后，pH值在少許上升趨勢之后便開始趨于平穩(wěn)。這是因為電石渣中含大量的氧化鈣，在水體流過時會和水發(fā)生反應(yīng)，隨著OH-的大量產(chǎn)生，反應(yīng)器中的pH也會逐漸上升。在此過程中，反應(yīng)器內(nèi)的重金屬離子會和介質(zhì)中的OH-、PO42-以及CO32-等結(jié)合起來，進(jìn)而形成沉淀。這些沉淀會附著在介質(zhì)表面，使其和水之間的接觸面積減小，所以在后期會出現(xiàn)pH值趨于穩(wěn)定的情況[2]。

2.3 出水DO變化規(guī)律分析

通過分析可知，在前12 d，兩反應(yīng)器中的DO都有著較大波動，這可能因為試驗開始時反應(yīng)器中有殘留的氧氣，導(dǎo)致運行中固液兩相傳質(zhì)效率不同。同時，裝柱時也難免將氧氣帶入到反應(yīng)器內(nèi)。而在運行了一段時間之后，反應(yīng)器中的還原物質(zhì)以及微生物會逐漸將DO消耗掉，并使其達(dá)到平衡。所以從12 d起，反應(yīng)器內(nèi)的DO波動幅度就比較小，基本可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

2.4 出水氧化還原電位(ORP)變化規(guī)律分析

水體內(nèi)的ORP會對重金屬污染物在其中的溶存狀態(tài)起到主要的影響和控制作用。在本次試驗中，反應(yīng)器內(nèi)所應(yīng)用的是自配水，其中有CrO42-這種強(qiáng)氧化性離子，以及殘存的DO，進(jìn)而在初期的反應(yīng)階段為水體創(chuàng)造一個氧化環(huán)境。通過分析可知，在A反應(yīng)器中，ORP隨反應(yīng)時間的延長而降低，說明氧化環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)化為還原環(huán)境，且介質(zhì)對于CrO42-有去除效果。而在B反應(yīng)器中，ORP卻始終趨于穩(wěn)定，這說明反應(yīng)器中的氧化還原反應(yīng)條件基本不變。

2.5 Cu(II)和Cr(VI)去除效果分析

通過試驗與分析可知，A反應(yīng)器對于Cu(II)和Cr(VI)都有著很好的去除效果，前者去除率可以達(dá)到95.1%，后者去除率可以達(dá)到95.78%。而在B反應(yīng)器中，之所以前6 d的Cu(II)和Cr(VI)濃度都很低，是因為石英砂有吸附作用，但是在6 d之后，Cu(II)和Cr(VI)濃度卻迅速上升，這是因為石英砂的吸附已經(jīng)到達(dá)了飽和狀態(tài)。由此可見，B反應(yīng)器對水體中的重金屬污染物幾乎起不到去除效果。對于A反應(yīng)器中的Cu(II)和Cr(VI)去除效果，具體可總結(jié)為以下3個方面：

第一是金屬沉淀。在A反應(yīng)器中，磷灰石可以為水體提供少量PO42-，讓磷酸鹽在水中的溶解度超出限度，進(jìn)而型號層重金屬沉淀，讓金屬的遷移性得以降低。同時，因為電石渣以及磷灰石都可以給水體提供充足的OH-，使其和水體中的Cu(II)反應(yīng)生成沉淀，進(jìn)而大幅度降低水體中的Cu(II)遷移能力，達(dá)到良好的水體凈化效果。

第二是離子交換以及吸附。介質(zhì)中的磷灰石屬于人類和脊椎動物牙齒、骨骼中的主要無機(jī)成分，其晶體結(jié)構(gòu)可以對類質(zhì)同相起到廣泛的替換作用，它對于二價的金屬離子有著開放性的結(jié)構(gòu)，所以可與Cu(II)反應(yīng)而置換出鈣離子，進(jìn)而完成離子交換，并通過良好的吸附作用將重金屬離子去除。

第三是表面絡(luò)合作用。在反應(yīng)器中，水體的遷移過程也有表面絡(luò)合作用參與，磷灰石和重金屬離子所形成的絡(luò)合物將會在水體遷移中吸附在反應(yīng)介質(zhì)上被去除。

3 結(jié)語

通過上述試驗與分析發(fā)現(xiàn)，在對水體中的重金屬污染物進(jìn)行治理的過程中，PRB修復(fù)技術(shù)有著非常良好的應(yīng)用效果。因此，水利單位和環(huán)保單位可以將此項技術(shù)合理應(yīng)用到重金屬水體污染物的治理中，以此來獲得滿意的治理效果。這對于水體污染的修復(fù)以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)都將有著十分深遠(yuǎn)的意義。