海绵铁作为渗透反应墙介质还原地下水中硝酸盐的试验研究
地下水中硝酸盐污染已经成为世界范围内的重要环境问题，修复地下水硝酸盐污染已成为当务之急。本文总结了硝酸盐污染的现状、来源及其危害，并对地下水中硝酸盐的处理方法如物理化学法、生物法、化学法以及渗透反应墙技术进行了分析比较。本文认为渗透反应墙技术是比较有发展前景的地下水原位修复技术，并着重进行了用海绵铁作为渗透反应墙的反应介质去除地下水中硝酸盐污染的试验研究。
本文开展了一系列单因素静态试验，通过扫描电镜和X．衍射分析对反应体系中海绵铁的表面化学特征进行了考察，并开展了改变反应参数，将海绵铁与颗粒活性炭填料配比，以及海绵铁材料渗透反应墙与电动力学法相结合的动态试验。
静态试验表明，酸性条件、小粒径海绵铁、缓冲溶液和锰砂的添加以及用稀盐酸预处理海绵铁均有利于单位质量海绵铁还原水中的硝酸盐：综合考虑各种因素，我们选择pH=7～8，海绵铁粒径为1.0～3.0mm，海绵铁：锰砂=10:1为最佳反应条件。随着海绵铁投加量的增多，1g海绵铁还原硝酸盐的量逐渐减小，但是还原水中硝酸盐的总量是增加的。进水硝酸盐浓度在11mg／L～442mg／L范围内时，每克海绵铁还原硝酸盐的量最初随着浓度的增加而逐渐增加，但在220mg/L后趋于平缓状态。
通过电镜扫描和X射线衍射对海绵铁的表面化学进行了考察分析。由电镜扫描图分析可知，经稀酸洗过的海绵铁颗粒表面形成了很多。微孔隙组成的疏松结构，比表面积增大。静态反应后的海绵铁颗粒被腐蚀，表面包裹了一层膜；酸性条件下海绵铁颗粒表观变化大于中性和碱性条件。经过X衍射分析可知，不同酸碱性条件下反应后的海绵铁颗粒表面上除了有铁单质以外，还生成了许多铁的氧化物、碳化物、氢氧化物以及硫酸盐和碳酸盐等化合物。pH值越低，反应生成的氧化铁的化合价位越高，验证了在酸性条件下有利于铁的氧化反应。
在动态试验中,在其它条件相同的情况下，进水流速的增大缩短了地下水与填料的接触时间，反应器对硝酸盐和总氮的去除率有所下降，但是副产物氨氮的转化率随之降低。进水浓度为429.3mg/L、634.6mg/L,806.9mg/L、1210.0mg/L和1614.Omg/L时，反应器对硝酸盐和总氮的去除效果随着进水浓度的增加而降低。通过加长海绵铁填料的厚度，处理效果得到明显改善，出水达到了我国饮用水硝酸盐标准,同时出水中的氨浓度也有所降低。海绵铁对硝酸盐的还原基本上符合一级降解反应。进水浓度为202mg/L时的反应速率常数K<,abs>为O.1218h<'-1>，半衰期t<,1/2>为5.69h。将海绵铁与活性炭填料配比有利于地下水中硝酸盐和总氮的去除。与电动力学法相结合的两个反应器对地下水中硝酸盐和总氮有较好的去除，因此具有良好的应用前景。
海绵铁;硝酸盐;锰砂;表面化学;渗透反应墙
中国海洋大学
硕士
环境工程
贾永刚;高孟春
2006
中文
X192
74
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）