三维电极式可渗透反应墙对地下水中氨氮的去除研究

摘要

针对可渗透反应墙处理地下水中氨氮存在的吸附效率和再生方面的局限以及三维电极在水污染处理方面的效能优势，本课题构建出生物炭三维电极式可渗透反应墙（PermeableReactiveBarriers，简写为PRB）装置，并对其去除水中氨氮的反应机制和影响参数进行了实验研究。
　　研究得到如下结论：
　　1）生物炭三维电极式反应器能够获得短时高效的氨氮去除效率，在3h内氨氮去除率可达45.72％，远高于常规PRB3.76%去除效率，反应器对氨氮去除过程符合一级动力学模型，表明其为基于化学反应转化为稳定产物的基元电化学反应过程。
　　2）碱度OH-是反应器中氨氮氧化的必要反应条件，并且对氨氮的去除有显著促进作用。三维电极式反应器去除氨氮受氨氮浓度控制且与反应物浓度成正比；电化学氧化可将系统中NH3-N最终转化为稳定的NO3--N，且有很大一部分氮被转移到气相产物。
　　3）在三维电极反应体系中，水中NH3-N的去除途径主要通过电化学产生·OH氧化，一部分NH3-N被氧化成N2，另一部分被氧化为NO3--N，且生成量大约为n(NO3--N)：n(N2)=1：1。
　　4）水力停留时间对三维电极式可渗透反应墙氨氮去除效率有显著影响，T=4h和T=3h相差不大，但相对T=2h有明显优势；在T=6h时，出水氨氮和硝酸盐氮浓度基本稳定。
　　5）三维电极式可渗透反应墙在15个运行周期内对氨氮去除效率波动较小且出水氨氮呈现缓慢下降趋势，15周期后基本稳定于6.35mg/L--6.84mg/L且不随进水浓度变化而变化，表明氨氮去除效率达到稳定平衡；三维电极式可渗透反应器中填充生物炭随运行孔隙结构更加规则和发达，炭表面极性增加伴随活性点位增加、氨氮吸附传质和氨氮在其上的迁移转化程度明显提升。
　　6）三维电极式可渗透反应墙装置对氨氮与Cr(VI)复合污染的耦合去除过程表现为对Cr(VI)的去除作用强于去除氨氮，初期两者表现为相互促进作用，随运行过程进行装置内酸度累积使得氨氮去除效率相对减缓，并抑制Cr(VI)去除作用，但整体Cr(VI)与氨氮复合污染体系会促进氨氮的去除效果。

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目录

1 绪 论

1.1 地下水氨氮污染概述

1.2 可渗透反应墙修复技术

1.3 三维电极反应器基础理论

1.4 课题提出背景及研究意义

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验装置

2.3 实验方法

2.4 测试与分析

3 生物炭三维电极式反应器对水体氨氮的去除特性研究

3.1 研究方案

3.2 生物炭三维电极式反应器对水体氨氮的去除效果

3.3 水体氨氮的转化机理

3.4 本章小结

4 三维电极式可渗透反应墙修复氨氮污染地下水的研究

4.1 研究方案

4.2 运行去除地下水氨氮试验

4.3 对氨氮与Cr(VI)耦合去除特性

4.4 本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 问题与建议

致谢

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目