【摘要】：采用PRB(Permeable Reactive Barrier,可滲透反應墻)技術(shù)修復受污染地下水或土壤的過程中,零價鐵或納米級零價鐵會被逐漸氧化為Fe203等含鐵氧化物(類似于含鐵礦物),同時各種含鐵礦物也在土壤中廣泛存在。本文考察了自然界中常見的鐵礦石——黃鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦和磁黃鐵礦,以及微生物對水中Cr(Ⅵ)的去除效果,并將鐵礦石和微生物有機結(jié)合,初步研究了鐵礦石-微生物協(xié)同體系對水中Cr(Ⅵ)的去除效果及機理,探討了在納米級零價鐵的制備中加入穩(wěn)定劑CMC(羧甲基纖維素),使制備的納米級零價鐵或反應后形成的含鐵氧化物高度分散,有效提高對Cr(Ⅵ)去除能力的情況,同時CMC可為后續(xù)的微生物處理提供碳源。結(jié)果表明： 1、黃鐵礦可以有效去除水中的Cr(Ⅵ),去除效率主要受顆粒大小、投加量、初始pH值和反應溫度等影響,水中Cl-和SO42-等離子對Cr(Ⅵ)去除效率影響不大,而H2P04-的添加會抑制反應的進行。在Cr(Ⅵ)初始濃度為10 mgl-1、100～200目黃鐵礦投加量為20 gl-1、室溫的條件下,當pH=3.0時,30 mmin即反應完全；pH=5.5時,120 min后Cr(Ⅵ)去除率可達到91.82%,而在pH=9.0時,反應120 min后Cr(Ⅵ)的去除率僅為52.73%。在與前述相同的反應條件下,當pH=5.5時,黃鐵礦對Cr(Ⅵ)的去除能力約為1.53 mg Cr(Ⅵ)g-1。在反應過程中,水中的Cr(Ⅵ)主要與黃鐵礦表面的FeS2進行反應,Cr(Ⅵ)被還原成Cr(Ⅲ),形成了類似Fe304結(jié)構(gòu)的Cr2S3和CrS的混合物Cr3S4,及少量的Cr02,并在黃鐵礦表面形成覆蓋層,使黃鐵礦的表面逐漸鈍化而失去反應能力。同時,FeS2中的Fe(11)也被氧化為Fe(Ⅲ),從而失去還原去除Cr(Ⅵ)的能力。 2、褐鐵礦也可有效去除水中的Cr(Ⅵ)。褐鐵礦的顆粒大小、投加量和初始pH值對Cr(Ⅵ)去除效率也有顯著的影響,而溫度對反應的影響不大。水中Cl-和NO3-對Cr(Ⅵ)去除的影響不大,而MgO的添加在反應初期對反應有抑制作用。在反應過程中,水中的Cr(Ⅵ)與褐鐵礦表面的FeS2等反應,Cr(Ⅵ)被還原成Cr2S3和CrS的混合物Cr3S4,并產(chǎn)生了部分Cr5Si3,主要沉積在褐鐵礦的表面,使褐鐵礦表面逐漸鈍化并失去反應能力。室溫下,當pH=5.5時,100～200目的褐鐵礦對Cr(Ⅵ)的去除能力約為10.03 mg Cr(Ⅵ)g-1。 3、在中性條件下,磁鐵礦去除水中Cr(Ⅵ)的能力較差,赤鐵礦則具有一定的去除能力。在酸性條件下,兩者對水中Cr(Ⅵ)的去除能力均有提高,磁鐵礦的去除能力提高較為明顯。而磁黃鐵礦在酸性和中性條件下對Cr(Ⅵ)均具有較好的去除效果,Cr(Ⅵ)還原產(chǎn)物Cr(Ⅲ)主要以FeCr2O4的形式存在于磁黃鐵礦的表面。在堿性條件下,三種鐵礦石的去除能力均較差。 4、利用城市污水處理廠厭氧消化池中的污泥接種,加入低濃度含Cr(Ⅵ)廢水進行馴化,篩選出對Cr(Ⅵ)具有較強還原去除能力的微生物,微生物對Cr(Ⅵ)的去除反應為酶促反應。乙酸鈉是較為合適的碳源,pH值是影響反應的重要因素,在中性條件下,反應效果最佳。在短暫的饑餓狀態(tài)下,微生物仍具有還原Cr(Ⅵ)的能力。經(jīng)11h反應后,5 mgl-1的Cr(Ⅵ)廢水濃度即降至0。 5、利用鐵礦石-微生物聯(lián)合體系去除水中的Cr(Ⅵ)時,發(fā)現(xiàn)鐵礦石與微生物之間存在一定的協(xié)同效果,去除能力明顯優(yōu)于兩者單獨反應。在使用0.2 g褐鐵礦和2.0 g離心后污泥分別及聯(lián)合去除30 mgl-1 Cr(Ⅵ)時,78 h后褐鐵礦僅將Cr(V1)濃度降至29.6 mgl-1,單獨微生物作用可將Cr(Ⅵ)濃度降至5.07 mgl-1,而兩者聯(lián)合作用下,Cr(Ⅵ)濃度可降至3.68 mgl-1。協(xié)同體系還原去除Cr(Ⅵ)的反應主要有三條途徑：一是鐵礦石對Cr(Ⅵ)的吸附與還原,二是微生物對Cr(Ⅵ)的還原降解,三是微生物將鐵礦石表面和液相中的Fe(Ⅲ)還原為Fe(Ⅱ),并通過Fe(Ⅱ)間接還原Cr(Ⅵ)。 6、利用納米級零價鐵處理水中Cr(Ⅵ)的過程中,零價鐵被逐漸氧化為Fe203等類似于鐵礦石的含鐵化合物。加入穩(wěn)定劑CMC可提高納米級零價鐵及被氧化后納米級含鐵化合物的分散度,以保持好的反應活性,同時投加的CMC還可作為后續(xù)生物處理過程中微生物的營養(yǎng)物質(zhì)(碳源),研究為穩(wěn)定化納米級零價鐵-微生物協(xié)同修復Cr(Ⅵ)進行前期的探索。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2778382