地下水重金属污染中PRB修复技术的应用

2021-07-12何思意茂名市环境技术中心广东茂名525000

化工管理 2021年17期

关键词：磷灰石反应器介质

何思意(茂名市环境技术中心，广东茂名 525000)

0 引言

在对地下重金属污染水体进行治理的过程中，PRB修复技术属于一种十分有效的处理技术。相比较传统的汞处理技术而言，此项处理技术不仅操作更加简单，且成本也更加合理，其处理效果非常显著。

1 设备和方法选择

1.1 用水选择

在本次试验中，用Cu(II)来代表阳离子，用Cr(VI)来代表阴离子，通过此类重金属来模拟配制被重金属污染的地下水。本次试验中所用水的各项指标参数如表1所示。

表1 本次试验中所用的水的各项指标参数

1.2 装置选择

本次试验中进行了A和B两个反应器的设计，其材质为有机玻璃，总高度是100 cm，内径是8 cm。在PRB反应器的上部用砂层填充，砂层厚度为30 cm，同时在砂层上方进行了补水装置的设置，以此来保障含水层中水体分布的均匀性。反应器底部也用砂层填充，填充厚度是40 cm，以此来达到缓冲和过滤效果。PRB反应器的主体位于中间，其高度是20 cm，取样口设置在进水口位置，与反应器底部之间的距离为5 cm。PRB反应器中的介质组成成分如表2所示。

表2 PRB反应器中的介质组成成分表

1.3 试验方法

分别称取质量组分不同的混合反应介质2 g，将其放置到200 mL规格的锥形瓶，加入150 mL模拟的重金属污染地下水，混合之后密封好，在10～15 ℃的条件下振荡，振荡速度为90 r/min，然后分别在静置12、24、36 h之后取样，对目标污染物进行剩余浓度的分析[1]。试验过程中，水流方向为从上到下自然渗透，取样在进出水口位置进行，并对其pH值、DO、OPR、Cu(II)和Cr(VI)指标进行分析。主要的试验参数如表3所示。

表3 主要试验参数

2 实验结果分析

2.1 反应介质最佳配比分析

为了对A反应器中的磷灰石以及电石渣这2种介质的最佳配比进行确定，本次试验中对不同配比情况下的介质在Cu(II)和Cr(VI)这2种重金属离子去除中获得的效果进行分析，具体情况如图1所示。

具体介质的配比情况如表4所示。

表4 具体的介质配比情况

通过图1可知，配比不同的混合反应介质会在Cu(II)去除中起到良好的处理作用，但是在Cr(VI)去除中所起到的作用却并不是十分明显。通过对各种配比条件下的混合反应介质在Cu(II)和Cr(VI)这两种重金属离子去除中所获得的效果可知，反应介质的最佳配比是第六组，即电石渣0.8 g、磷灰石0.2 g、石英砂1.0 g。

图1 不同配比情况下的介质在Cu(II)和Cr(VI)去除中获得的效果

2.2 出水pH值变化规律分析

通过分析可知，因为B属于对照组，所以其pH值基本不变。之所以会出现这样的情况，是因为石英砂对水体内的重金属污染物几乎起不到去除效果。而在A反应器内，pH值有着显著变化，在前10 d呈现出了逐渐上升趋势，最高可达到8.5左右，而在10 d之后，pH值在少许上升趋势之后便开始趋于平稳。这是因为电石渣中含大量的氧化钙，在水体流过时会和水发生反应，随着OH-的大量产生，反应器中的pH也会逐渐上升。在此过程中，反应器内的重金属离子会和介质中的OH-、PO42-以及CO32-等结合起来，进而形成沉淀。这些沉淀会附着在介质表面，使其和水之间的接触面积减小，所以在后期会出现pH值趋于稳定的情况[2]。

2.3 出水DO变化规律分析

通过分析可知，在前12 d，两反应器中的DO都有着较大波动，这可能因为试验开始时反应器中有残留的氧气，导致运行中固液两相传质效率不同。同时，装柱时也难免将氧气带入到反应器内。而在运行了一段时间之后，反应器中的还原物质以及微生物会逐渐将DO消耗掉，并使其达到平衡。所以从12 d起，反应器内的DO波动幅度就比较小，基本可以达到稳定状态。

2.4 出水氧化还原电位(ORP)变化规律分析

水体内的ORP会对重金属污染物在其中的溶存状态起到主要的影响和控制作用。在本次试验中，反应器内所应用的是自配水，其中有CrO42-这种强氧化性离子，以及残存的DO，进而在初期的反应阶段为水体创造一个氧化环境。通过分析可知，在A反应器中，ORP随反应时间的延长而降低，说明氧化环境逐渐转化为还原环境，且介质对于CrO42-有去除效果。而在B反应器中，ORP却始终趋于稳定，这说明反应器中的氧化还原反应条件基本不变。

2.5 Cu(II)和Cr(VI)去除效果分析

通过试验与分析可知，A反应器对于Cu(II)和Cr(VI)都有着很好的去除效果，前者去除率可以达到95.1%，后者去除率可以达到95.78%。而在B反应器中，之所以前6 d的Cu(II)和Cr(VI)浓度都很低，是因为石英砂有吸附作用，但是在6 d之后，Cu(II)和Cr(VI)浓度却迅速上升，这是因为石英砂的吸附已经到达了饱和状态。由此可见，B反应器对水体中的重金属污染物几乎起不到去除效果。对于A反应器中的Cu(II)和Cr(VI)去除效果，具体可总结为以下3个方面：

第一是金属沉淀。在A反应器中，磷灰石可以为水体提供少量PO42-，让磷酸盐在水中的溶解度超出限度，进而型号层重金属沉淀，让金属的迁移性得以降低。同时，因为电石渣以及磷灰石都可以给水体提供充足的OH-，使其和水体中的Cu(II)反应生成沉淀，进而大幅度降低水体中的Cu(II)迁移能力，达到良好的水体净化效果。

第二是离子交换以及吸附。介质中的磷灰石属于人类和脊椎动物牙齿、骨骼中的主要无机成分，其晶体结构可以对类质同相起到广泛的替换作用，它对于二价的金属离子有着开放性的结构，所以可与Cu(II)反应而置换出钙离子，进而完成离子交换，并通过良好的吸附作用将重金属离子去除。

第三是表面络合作用。在反应器中，水体的迁移过程也有表面络合作用参与，磷灰石和重金属离子所形成的络合物将会在水体迁移中吸附在反应介质上被去除。