天然矿物组合材料渗透反应墙修复地下水重金属污染研究

摘要

可渗透反应墙（Permeable Reactive Barrier，PRB）是近年来新兴的一种地下水原位修复技术，能有效地去除地下水中多种污染物。本文选择镉污染地下水作为处理对象，利用石灰石、膨润土和海泡石为组合材料的PRB反应器去除地下水中镉，探索了该PRB反应器组合材料的配比对去除镉等重金属的影响及相关原理，以期为控制地下水重金属污染提供依据。本文取得的主要研究结果如下：
　　（1）筛选确定了实验区附近3种最适合作为PRB反应介质的供试材料。在试验区附近采集4类共14个产地的天然岩矿材料作为PRB反应介质的供试材料中，通过对镉处理效果的比较，选取了3个最优产地的3种材料。其中，膨润土的去除率达70％，其它材料去除率均高于41%。通过四种材料的动力学实验、初始Cd浓度和初始pH影响发现，对镉的处理速度由高到低排序为：膨润土＞海泡石＞石灰石＞锰矿；各材料吸附量为：石灰石＞膨润土＞锰矿＞海泡石；在弱酸性条件下，各材料的除镉率：石灰石＞膨润土＞锰矿＞海泡石。综合产地和种类的比较，同时考虑材料浸出重金属的空白背景值，最终确定石灰石、海泡石和膨润土作为PRB的有效反应介质。
　　（2）研究得到了对镉具有最优修复效果的PRB填充材料组配。实验模拟地下环境，以天然矿物材料石灰石、海泡石和膨润土作为可渗透反应墙（PRB）填充材料，采用正交试验法设计了16种可渗透反应器。研究发现组合材料对镉去除率达99.8%以上，石灰石含量对处理效果贡献最大，增加石灰石用量，处理效果明显改善，当石灰石含量为10%及更高时，对含镉1.0 mg/L的污染地下水模拟液处理后镉浓度低于0.7μg/L，达到地下水质量标准（GB/T14848-93）规定的II类水质标准；石灰石用量的增加对渗透系数影响不大，但出水pH呈弱碱性（7　　（3）研发了PRB室内模拟中试装置，对多种重金属离子均有较好处理效果。实验对模拟镉液、模拟污染地下水、霞湾港废水进行中试模拟装置的运行，发现对Cd均具有较优的处理效果。装置运行64天废水后，对Zn、Cu、Pb、Ni、Mn仍有较高的处理效率，出水达到地下水质量标准（GB/T14848-93）规定的II类水质标准；出水Mg、Ca和Na浓度增加，但总硬度未超标。

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第1章 绪 论

1.1地下水重金属污染及其危害

1.2地下水重金属污染修复技术

1.3可渗透性反应墙及其墙体材料

1.4本论文的研究目的及意义

第2章 PRB有效介质的筛选

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 小结

第3章 PRB填充介质组配研究

3.1 实验部分

3.2结果与讨论

3.3 小结

第4章 PRB室内模拟运行

4.1 实验部分

4.2结果与讨论

4.3 小结

第5章 研究结论、创新点与展望

5.1 研究结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的学术论文与研究项目