PRB法同步去除地下水中TCE与Cr(Ⅵ)的机理研究

Because of serious TCE (trichloroethylene) and Cr (VI) (hexavalent chromium) pollution in ground water, It is very necessary to take effective methods to remove these two pollutants in order to protect the ground water source from pollution. The PRB (permeable reactive barrier) method is concerned as a effective method studied more and used to treat organic matter and heavy metals, but the studies about using PBR to synchronously treat TCE and Cr (VI) did not reported before. In addition, there are two big problems about PBR method remain to be research. The first problem is the mechanism of zero-valent iron packing activity because zero-valent iron activity is significant to long-term performance of PRB. The second problem is compound pollution mechanism and reaction kinetics using PRB packed with zero-valent iron to treat TCE and Cr (VI).This project adopts the method of laboratory simulation, and uses iron as PRB system packing to simultaneously remove TCE and Cr (VI) in the ground water under the condition of the presence of calcium carbonate. The objectives of this project are to reveal the rule of iron activity loss in reaction process, to explain the competition mechanism of compound pollutants removal, to set up reaction kinetics model of compound pollution system, and to predict long-term performance of PBR. Therefore, this project will provide theoretical basis for the future better application of PRB and power for development of groundwater treatment technologies.

目前，地下水中TCE（三氯乙烯）与Cr(VI)（六价铬）污染严重，为保护地下水源免受污染，采取有效方法去除这两种污染物非常必要。PRB（可渗透反应墙）方法，是近年来研究较多的处理地下水中有机物和重金属的有效方法，但在采用PRB同步去除TCE与Cr(VI)方面的研究未见报导。此外，PRB方法尚有两大问题有待研究。一是有关PRB介质零价铁活性的机理问题，因为铁的活性关系到PRB的长期性能；二是以零价铁为介质的PRB去除TCE与Cr(VI)复合污染的机制及反应动力学问题。本项目采用实验室模拟分析的方法，在有碳酸钙存在条件下，采用以零价铁为介质的PRB系统同步去除地下水中的TCE与Cr(VI)。旨在揭示反应过程中铁活性损失的规律，解释复合污染物去除的竞争机理，建立复合污染体系反应动力学模型，预测PBR中铁介质的长期性能，为今后PRB系统的更好应用提供理论基础，为地下水处理技术的发展出一份力。

目前，地下水中TCE（三氯乙烯）与Cr(VI)（六价铬）污染严重，采用PRB（可渗透反应墙）去除这两种污染物。本项目对PRB填料ZVI（零价铁）修复地下水中TCE 污染进行了详细的综述，通过批量实验与动态实验确定了ZVI 与TCE 反应的影响因素及建立了ZVI 与 TCE反应的动力学方程，研究了不同填料（ZVI、GAC（粒状活性炭）、ZVI+GAC）去除地下水中的TCE及ZVI柱还原TCE的效能，并对反应后ZVI的表面特性进行了识别，同时探索了ZVI柱去除Cr(Ⅵ) 污染与ZVI柱处理TCE与Cr(VI)复合污染的效果与机理，并将Fe/C微电解方法用于去除TCE与PCE（四氯乙烯）复合污染。研究表明，ZVI-PRB技术克服了传统处理方法的弊病，经济、高效，适合于我国的国情，具有很高的应用推广价值。本研究ZVI与TCE反应主要影响因素为ZVI 纯度、ZVI 粒径、ZVI 投加量、初始 pH 值与反应温度，反应一级动力学方程为 ln( Ct/ C0) =-0.3529 t-0.5739。除ZVI填料，GAC、ZVI+GAC对TCE也有良好的效果，在流速最小为25 mL/min的情况下，三者对TCE的去除率均可达到70%以上。除TCE装置经过210d的运行，TCE剩余浓度最小为0.35mg/L，去除效率最大为93%，反应后ZVI表面主要元素为铁和氧，沉淀物质为ϒ-FeO(OH)、FeCO3、α-Fe2O3和β-FeO(OHCl)。在有或无CaCO3存在的条件下，ZVI柱对Cr(VI)的平均去除率都能到达85%以上，50 mg / l 的CaCO3能够略增加铬(VI)的去除率。ZVI能有效地去除地下水中Cr(VI)和TCE(四氯乙烯)复合污染，在装置运行210 d后，Cr(VI)与TCE去除率均能达到80%以上。Fe/C微电解实验最优条件为采用质量比为1：1的ZVI与GAC，溶液pH=5，温25℃。在最优条件下，Fe/C微电解对TCE的去除率为82.4%，对PCE的去除率为59.4%。总之，本项目探讨了PRB填料ZVI及GAC去除地下水TCE（PCE）与Cr(VI)机理问题及反应动力学问题，解释了ZVI-PRB去除TCE与Cr(VI)复合污染的机制，对预测PBR填料的长期性能，为今后PRB系统的应用提供了理论基础，为地下水污染处理技术的进一步研究提供了有效的参考。