地下水铬离子污染PRB修复模拟实验研究

时间：2021-03-19 13:40:12 工程力学毕业论文我要投稿

地下水铬离子污染PRB修复模拟实验研究

                      作者：杨雪梅范俊玲许亚洲

       摘  要：六价铬离子为重金属离子，对人和其他生物危害较大。地下水是人们生活及饮用用水的主要来源。地下水污染具有隐蔽性和难以逆转性的特点，地下水一旦受到重金属离子的污染，很难恢复。国内外对地下水污染研究较多，方法主要有抽出处理法和原位处理法等。根据国内外六价铬污染地下水治理的研究现状，确定以粉煤灰+铁屑为介质，对铬离子污染的地下水进行处理，并确定实验方案，确定了介质的用量和去除效率，为地下水中重金属污染的治理做了有益的尝试。
        关键词：地下水污染；六价铬；粉煤灰；铁屑
地下水作为地球上的淡水资源，具有很高的生态价值和价值。近几年来，由于我国人口的增长、经济的和城市化进程的加快，地下水资源发生了严重的危机，突出表现在城市地下水资源超量开采和污染加剧，其中地下水的重金属污染的现状给城市居民生产和生活带来了巨大危害。我国城市地下水污染日益加剧。据有关部门对118个城市2～7年的连续监测资料，约有64%的城市地下水遭受了严重污染，33%的城市地下水受到轻度污染，基本清洁的城市地下水只有3%[1]。
焦作市的地表水贫乏且污染比较严重，随着工农业生产的发展及城市人口增长对水需求量也越来越大。“三废”的大量排放使地下水污染呈扩展趋势。焦作市环境监测站监测结果表明，焦作市地下水在1996年各项指标均未超标，但已有超标趋势。在随后的几年内，部分污染物已经超标，尤其在工业区，由于废水，废渣的无组织排放或处理不当，使其中的污染物经过大气降水或地表水的淋溶作用渗透入地下造成地下水污染，导致部分地区地下水中重金属严重超标[2]。
铬属于铁族元素，是一种有毒的重金属元素，其毒性对人体及环境产生极大的危害。因此，预防Cr6+对地下水的污染以及处理已经被污染了的地下水，是现阶段一个亟待解决的问题，也是本讨论研究的主要目的和意义。
        1处理Cr6+污染地下水的技术综述
        对于已经被Cr6+污染的地下水，目前国内外常采用的治理方法按照治理方式分主要有传统的抽出处理法和原位修复法。下面对这两种方法做一个简单的介绍。
        1.1抽出处理法
        顾名思义，抽出处理法是通过被污染地下水的下游的抽水机，把已经污染的地下水抽出，通过地面处理设施和方法，将废水中的污染物去除掉，达到了处理的标准，然后再排入界或者直接利用。
        目前，国内外对受铬离子污染地下水的抽出处理法主要有如下几种：药剂还原法、离子交换法、活性炭吸附、反渗透法。
        1.2原位处理法[3]
原位处理法即可渗透反应格栅。反应格栅法就是在地下水污染源的下游，在隔水层和地面之间的含水层中间，修筑一道一定厚度的可渗透格栅，中间填满生物或者化学介质，当受到Cr6+污染的地下水渗透流过格栅时，其中的介质和水中的Cr6+反应，生成无害的或者沉淀物质。这样就解决了Cr6+污染地下水的水质处理问题。
        1.3受Cr6+污染的地下水处理方法综合分析和比较
        活性炭吸附法，处理容量大，可去除各种金属离子和酸根离子。其优点是工艺简单，操作方便，处理效果好。缺点是再生效率低，使用寿命短，处理费用高，耗酸、耗碱等。而离子交换法，在我国现阶段只适用于处理含铬 (Cr6 +)漂洗废水，尽管基建费用高，工艺复杂，但可将有毒的六价铬回收为较纯的'铬酸并可直接回镀槽使用，净化后的水可回到生产系统重复使用，从而达到综合利用的目的。因而，这两种抽出处理方法完全用于受重金属铬污染的地下水处理而言不合适。
        原位处理法，工程量相对较小，处理过程简单，持续处理周期比较长。具有很大的前途。缺点是：设计要根据当地的地质条件进行，还要考虑地下水运动方面的问题，所选的介质也要根据水质分析及处理结果要求有所限制。
        2实验方法过程以及数据处理
        2.1实验装置简
        1.水样；2.可控水速导管；3.玻璃管；4.介质；5.漏斗；6.出水水样
        该实验模拟污染地下水原位处理的渗透格栅的原理，采用淋滤的方法，将Cr6＋浓度达到0.203毫克/升的自配受污染水样，通过Ф15mm×40cm的玻璃管制成吸附柱；水样在上端用可控水速的导管引出，以固定的速度流过玻璃管，其内装质量比为1：1的铁屑＋粉煤灰共5g；水样在玻璃管中经反应后流出，玻璃管下端用纱布处理。实验装置如上图1
        2.2实验过程技术数据统计及处理
①实验过程。根据对比设计的研究结果，设计试验时间为4天。实验时间从吸附管的下端开始出水计时；开始出水的时刻为7月13日的中午12：05分，然后每隔4个小时取一次水样，保存在事先准备好的干净的水瓶中，贴好标签及日期。试验中所得的数据主要包括出水的体积，水样的PH值，Cr6+的浓度（在实验中表现为水样在分光光度计540μm下的分光光度），在最后的一天时间内，由于出水速度变得比较慢，因此把取水样的间隔时间改为了8小时。
②数据处理。首先测量每次经过处理的出水的体积，并且作出体积随时间变化图（见图2），然后利用pH计测出每个出水水样的PH值，并做出pH值随时间变化图（见图3），最后对每个出水水样，根据分光光度法绘制标准曲线，先作出标准曲线,然后分析出水样的Cr6＋浓度，可得图4。
3试验结果分析及存在问题
        3.1结果分析
分析以上数据及图表，本次试验的结果可以表明：
在实验刚出水阶段，由于介质中的间隙比较大，水流速度较快，出水水样中的Cr6＋浓度也比较大，达到了0.038mg/L,随后，Cr6＋的浓度逐渐降低，但是可以看到，其浓度变化并不稳定，始终没有达到超标的0.05mg/L,而且在随后的4天时间内，一直没有出现有的变化情况。
通过PH值随时变化图可以看到，本试验的出水水样的PH值随着时间的变化有着很明显的变化，从刚开始12.04逐渐递减到了7.7左右，然后趋向与稳定。
而出水水样的体积变化规律及结果是，在刚开始的时候出水量大一些，而后逐渐的减少，最后趋于一个稳定的体积范围。本次试验共配制水样5L。实验用水1171ml。
3.2试验结论
地下水原位处理法的处理装置应该考虑，流经渗透处理隔筛后的出水量，也就是地下水渗流速度，以及铬、pH值的处理后数据。根据实验数据以及分析，可以看出此次实验结果比较理想。根据《地下水质量标准》GB/T14848-93,经过模拟实验后，可以看出地下水处理后pH值在8.0以下，符合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地下水标准（标准范围6.5～8.5）。
铬离子浓度在处理阶段的最初36小时，处理效果呈显著下降趋势，随后出现反弹，随着时间推移，铬离子浓度的下降和反弹没有固定规律，但是，总体来说铬离子的浓度完全低于0.05mg/L,符合Ⅲ类地下水标准，适用于集中式生活饮用水水源。
针对Cr6＋浓度处理下降幅度平缓且有回复的原因，认为有以下一些方面的问题：
①试验期间实验室中的温度变化范围比较大,这也会对实验造成一定的影响。②在用分光光度法测定Cr6＋的浓度的时候，所用的显色剂二苯碳酰二肼溶液不是当天配制，这样可能对测定水样的分光度造成影响。③由于在最后进行的测定实验中,所要加入的药品的量都比较小；小小的误差就有可能造成实验结果的偏差。
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[1]薛晓菲,崔建国.地下水环境修复技术进展[J].科技情报开发与,2006,16(6):148-149.
[2]尹国勋,李振山.地下水污染与防治.北京:环境出版社,2005.
[3]束善治,袁勇.污染地下水原位处理方法:可渗透反应墙[J].环境污染治理技术与设备,2002,3

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