论文部分内容阅读
氯代烃在化工领域应用广泛,在生产和使用过程中不可避免地进入土壤和地下水环境中,严重威胁人体健康和地下水环境安全,而我国针对氯代烃污染场地风险管控的研究刚刚起步。生物炭负载纳米零价铁颗粒具有吸附-降解双功能,对地下水中氯代烃有较好的去除效率。但在实际工程应用中,纳米零价铁-生物炭的迁移能力对地下水原位修复至关重要,纳米零价铁-生物炭在多孔介质中的迁移行为及影响因素仍有待深入研究。鉴于此,本研究分析了某氯代烃污染场地地下水的污染特征及环境风险,合成了可高效去除地下水氯代烃的纳米零价铁-生物炭,优化了复合材料中铁炭质量比例和投加量,在此基础上,利用柱实验模拟纳米零价铁-生物炭原位注射过程,探明了影响纳米零价铁-生物炭在溶液中稳定性及其迁移和滞留行为的因素,基于过滤理论建立了纳米零价铁-生物炭最大迁移距离的预测模型,以期为原位注射纳米零价铁-生物炭修复氯代烃污染场地地下水提供理论依据。研究结论如下: (1)研究了某氯代烃污染场地地下水环境和风险特征,提出了相应修复对策。研究发现氯仿、氯乙烯、1,1-二氯乙烷、1,2-二氯乙烷、三氯乙烯和1,1,2-三氯乙烷等6种关注污染物集中分布于研究区生产车间附近的地下水中,具较强空间变异性,各项无机指标含量揭示可能存在自然衰减作用。多个点位的关注污染物具有健康风险。相较于保护人体健康修复标准,多数关注污染物基于保护水环境的修复目标值更为严格,含水层导水系数是影响修复目标值最敏感的参数。针对场地地下水污染高、中、低风险区域,提出原位纳米零价铁-生物炭注射、微米铁注射和自然衰减监测三种修复技术协同修复体系。 (2)研发了可高效去除地下水氯代烃的纳米零价铁-生物炭复合材料(nZVI-BCZXM),优化了复合材料的铁炭负载质量比以及投加量。生物炭表面成功负载了纳米零价铁,并起到良好分散效果,有效改善了纳米零价铁颗粒易团聚的局限性。随着生物炭比例增大,纳米零价铁-生物炭去除氯代烃的能力显著提升,铁炭质量比为1∶2的nZVI-BCZXM对1,2,4-三氯苯、三氯乙烯和氯仿的去除能力与nZVI相比,分别提高了530.8%、1848.9%、17.8%。当nZVI-BCZXM投加量超过1g/L时,反应平衡时场地实际水样中关注污染物浓度均低于修复目标值;投加量为5g/L时,关注污染物的去除率均达到90%以上。 (3)阐明了影响纳米零价铁-生物炭在地下水中稳定性及其在饱和多孔介质中迁移和滞留行为的因素。当铁炭负载比例为1∶2,载体生物炭裂解温度在300~700℃时,随着生物炭裂解温度升高,纳米零价铁-生物炭的稳定性下降,在多孔介质中的迁移能力降低,nZVI-RS700的最大迁移距离仅为32.54cm,约为nZVI-RS300最大迁移距离的70%,滞留量逐渐增大且集中在砂柱进口端。纳米零价铁-生物炭中加入分散剂后,增大了颗粒之间的空间位阻和静电斥力,有效提升了纳米零价铁-生物炭的稳定性,当分散剂浓度为1.0g/L,nZVI-RS300的出流质量百分比增大了4.7倍,最大迁移距离提高了14.0倍,nZVI-RS300在柱体中的分布相对趋于均匀。