电动—渗透反应墙联合技术去除地下水中硝酸盐的试验研究
地下水是重要的甚至是许多人唯一的饮用水源。然而,无论是在发达还是发展中国家,农村地区大量氮肥的施用等原因导致地下水中的硝酸盐浓度上升,成为一个环境问题。 与传统的地下水污染处理技术相比,电动力修复(ElectrokineticRemediation,EKR)和渗透反应墙(Permeable reactive barrier,PRB)技术具有能持续原位处理、价格相对便宜等优点;另外还减少了地表处理设施,减少了污染物的暴露和对环境的扰动。但在用EKR和PRB分别进行硝酸盐去除试验时发现,填充Fe0介质的PRB在去除硝酸盐过程中会生成毒性更强的NH4+,而EKR的治理周期很长,往往需要几个月甚至更长时间。 本研究拟结合EKR和PRB技术的各自优点,利用能高效吸附NO3-的阴离子交换树脂,充分发挥PRB填充介质对水中NO3-的高效吸附功能以及EKR对PRB介质中NO3-的加速迁移和浓缩功能,使树脂获得再生,恢复交换能力,实现硝酸盐的高效及无害化处理。 电渗析(Electrodialysis,ED)技术作为EKR与PBR两种技术结合的基础研究,首先主要从V-I曲线,电压的影响,流量的影响等三方面探究电渗析技术去除硝酸盐污染的可行性及其去除效果。其次,将电渗析技术与离子交换树脂相结合,利用自行设计制作的EKR+PRB集成小试试验装置主要探究了电压对出水浓度、Ph值及电流效率和能耗的影响以及“吸附-电再生-吸附”间歇性通电过程的周期性等。最后,将EKR+PRB集成小试装置进一步完善其结构,将其放大,设计并制作了中试试验装置。利用该装置探究了处理过程的周期性并进行了经济分析。 试验结果表明:经过电渗析处理后,模拟硝酸盐污水的浓度可以从50～300mg/L降至1～6mg/L,符合地下水质量标准,去除率达99％,电导率可以降到10μs/cm以下。浓淡室等流量入水(1、2、3、4、5、6、7、8L/h)和不等流量入水(1:1、2、3、4、5、6、7、8L/h)条件下,浓水可浓缩到2～5倍。电流效率和能量消耗分别是17～34％和0.1～1.7W·h/L。采用电渗析工艺去除废水中的硝酸盐氮是可行的。 EKR+PRB集成小试试验中60V被选择为最佳的再生电压。“吸附-电再生-吸附”间歇性通电过程的周期为70小时吸附-70小时再生。再生率最高时可达到35％。采取间歇性的“吸附-电再生-吸附”过程可以实现水中NO3-的稳定去除,并能达到减少能耗、避免因化学再生而导致二次污染的目的。 进一步的EKR+PRB集成中试试验结果表明“吸附-电再生-吸附”间歇性通电过程的周期为45小时吸附-90小时再生。每周期可分别得到淡水2610L和浓1240L;浓水出水浓度在100～170mg/L,淡水出水浓度经短暂升高(仍低于20mg/L)后很快降到2mg/L,以下,去除率在95％以上。再生率最在23％左右。利用改良过的EKR+PRB集成装置可以实现地下水硝酸盐的原位处理。
电渗透反应墙;电动力修复;电再生;地下水污染;硝酸盐去除;原位处理
中国海洋大学
硕士
环境工程
彭昌盛
2012
中文
X523;TQ028.8
71
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）