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零价铁(ZVI)作为一种化学性质活泼、廉价易得、环境友好的材料在水处理领域具有良好的应用前景。直接应用ZVI时存在钝化失活、效率低等问题,发展ZVI强化处理技术已经成为水处理领域的研究热点。氧化剂介导的ZVI强化技术因具有高效、实施方便、成本低廉的优点而备受关注,近期的研究证实基于ZVI/强氧化剂的柱系统可以实现对重金属及砷的高效去除,但柱内ZVI腐蚀行为以及污染物的还原转化过程仍不得而知;另外，ZⅥ/氧化剂协同体系对需以还原途径降解的污染物去除效果总体不佳。针对以上问题,本论文自主设计了沿程柱监控/采样装置,系统研究了 ZVI/H202柱系统去除As(V)/Se(VI)时,柱内ZVI腐蚀行为及As/Se的去除与时空演变规律机制;进而提出了利用H2O2预处理ZVI(prtZVI)以改善ZVI/H20体系对硝酸盐、硝基苯(NB)的还原活性,系统研究了prtZVI体系的制备过程、组分结构特点、动力学影响因素、硝酸盐与NB的降解产物,探讨了 H202预处理强化ZVI/H20体系还原特性的机制,初步考察了 prtZVI处理含硝基苯实际废水的可行性。最后,针对prtZVI体系含水量大、操作不便等问题,我们以Fe0、Fe304、FeC12·4H20为原料对prtZVI中的活性成分进行干法球磨合成。与prtZVI相比,球磨所得材料对NB具有更强的还原活性。具体研究结论包括:(1)论文研究发现,H2O2显著强化了柱内ZVI的腐蚀,进而强化了 As、Se在ZVI/H2O2柱系统内的截留去除。As、Se在柱内不同层的截留率随着沿程ZVI的腐蚀度降低而降低,其中,As在填充柱内随流向从L1至L6层的截留率分别为 53.5%、24.5%、5.84%、2.51%、1.37%、1.03%;相应 Se 在沿程各层的截留率为 42.6%、27.5%、6.69%、2.16%、1.03%、0.83%,表明 As、Se 的主要去除区域在L1至L2层;随着柱运行时长的增加,H202在L1层穿透并大量进入L2层,从而激活该层的零价铁创造出一个新的活性层,该活性区域逐渐向下移动。(2)论文揭示了 As、Se在零价铁固定床体系内还原转化的时空演化规律。As(Ⅴ)、Se(Ⅵ)的还原转化主要发生在L2至L3层。柱运行期间,溶液中As(Ⅲ)的穿透曲线在L2层先升后降,在L3至L6层逐渐上升,但随层数增加而下降;溶液中的Se(Ⅳ)在柱内Ll、L2层先升后降,但在L3至L6层,其浓度穿透曲线近乎重叠并保持持续上升的趋势。As(Ⅴ)、Se(Ⅵ)在柱内的还原转化主要受控于H202及Fe2+的浓度水平:共存的H202会显著抑制还原转化,而高浓度的Fe2+则会强化As(Ⅴ)、Se(Ⅵ)的还原。实验柱后半段(L3-L6)溶液中As(Ⅲ)、Se(Ⅳ)的不同的穿透规律与它们在不同pH下的吸附差异性有关。柱内各层固定的As的赋存价态均包括+5、+3及0价,还原态的As(Ⅲ)和As(0)在固相中的分配比例与液相中As(Ⅲ)的分配趋势一致;Se的赋存价态均包括+6、+4、0以及-2价,还原态的Se以Se(0)在固相中的分配比例最高。固相中As、Se的还原态比重远高于液相,表明As、Se经固定后继续还原。(3)论文发现H202/HC1预处理可以显著提升ZVI/H20体系的还原活性,并基于RSM模型对预腐蚀过程的相关参数进行优化。prtZVI可在pH ＜9、低剂量(<2 g/L)条件下高效快速还原硝酸盐与硝基苯(NB),且长期存放对其活性影响很小。prtZVI体系中硝酸盐的降解与亚铁离子的消耗之间存在定量关系,其反应计量比为1.36:1(AN03-/△Fe2+)。15N同位素示踪技术表明硝酸盐经还原去除,主要终产物为氨氮和少量(<5%)氮气;NB经过逐步还原转化而去除,苯胺为唯一终产物。prtZVI体系还原NB时的电子效率相比ZVI、nZVI分别提高330%、50%以上,表明prtZVI体系对NB具有高电子选择性。(4)prtZVI包含液相、胶体相、固相多个子体系,其中磁铁矿包覆的ZVI核壳材料为主要活性组分,其完成对硝酸盐与NB的吸附-富集与还原转化,ZVI核为电子供体,液相中Fe2+、Cl-不断对磁铁矿外壳进行表面改性、去钝化以维持核壳材料内部ZVI的持续腐蚀及对污染物的持续高效去除。2 g/L的prtZVI体系可在中性条件下有效处理含高浓度硝基芳香化合物废水。(5)论文提出了一种通过机械球磨Fe0、Fe304、FeC12-4H20粉末,获得高还原活性铁基复合材料(BMD的方法。BMI材料具有核壳结构,以Fe0为内核,Fe3O4/FeC12·4H20混合物为外壳,ToF-SIMS分析表明该外壳平均厚度3.3 μm。BMI材料的Fe3O4/FeⅡ外壳及释放出的Fe2+、C1-对其高效还原NB具有重要作用。与prtZVI相比,BMI去除等量的NB仅需30 min,展现出了更高的还原活性,并成功解决了 prtZVI存在的应用缺陷。