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地下水鉻離子污染PRB修復(fù)模擬實驗研究
作者：楊雪梅 范俊玲 許亞洲摘 要：六價鉻離子為重金屬離子，對人和其他生物危害較大。地下水是人們生活及飲用用水的主要來源。地下水污染具有隱蔽性和難以逆轉(zhuǎn)性的特點，地下水一旦受到重金屬離子的污染，很難恢復(fù)。國內(nèi)外對地下水污染研究較多，方法主要有抽出處理法和原位處理法等。根據(jù)國內(nèi)外六價鉻污染地下水治理的研究現(xiàn)狀，確定以粉煤灰+鐵屑為介質(zhì)，對鉻離子污染的地下水進行處理，并確定實驗方案，確定了介質(zhì)的用量和去除效率，為地下水中重金屬污染的治理做了有益的嘗試。
關(guān)鍵詞：地下水污染；六價鉻；粉煤灰；鐵屑
地下水作為地球上的淡水資源，具有很高的生態(tài)價值和價值。近幾年來，由于我國人口的增長、經(jīng)濟的和城市化進程的加快，地下水資源發(fā)生了嚴(yán)重的危機，突出表現(xiàn)在城市地下水資源超量開采和污染加劇，其中地下水的重金屬污染的現(xiàn)狀給城市居民生產(chǎn)和生活帶來了巨大危害。我國城市地下水污染日益加劇。據(jù)有關(guān)部門對118個城市2～7年的連續(xù)監(jiān)測資料，約有64%的城市地下水遭受了嚴(yán)重污染，33%的城市地下水受到輕度污染，基本清潔的城市地下水只有3%[1]。
焦作市的地表水貧乏且污染比較嚴(yán)重，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展及城市人口增長對水需求量也越來越大。“三廢”的大量排放使地下水污染呈擴展趨勢。焦作市環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測結(jié)果表明，焦作市地下水在1996年各項指標(biāo)均未超標(biāo)，但已有超標(biāo)趨勢。在隨后的幾年內(nèi)，部分污染物已經(jīng)超標(biāo)，尤其在工業(yè)區(qū)，由于廢水，廢渣的無組織排放或處理不當(dāng)，使其中的污染物經(jīng)過大氣降水或地表水的淋溶作用滲透入地下造成地下水污染，導(dǎo)致部分地區(qū)地下水中重金屬嚴(yán)重超標(biāo)[2]。
鉻屬于鐵族元素，是一種有毒的重金屬元素，其毒性對人體及環(huán)境產(chǎn)生極大的危害。因此，預(yù)防Cr6+對地下水的污染以及處理已經(jīng)被污染了的地下水，是現(xiàn)階段一個亟待解決的問題，也是本討論研究的主要目的和意義。
1處理Cr6+污染地下水的技術(shù)綜述
對于已經(jīng)被Cr6+污染的地下水，目前國內(nèi)外常采用的治理方法按照治理方式分主要有傳統(tǒng)的抽出處理法和原位修復(fù)法。下面對這兩種方法做一個簡單的介紹。
1.1抽出處理法
顧名思義，抽出處理法是通過被污染地下水的下游的抽水機，把已經(jīng)污染的地下水抽出，通過地面處理設(shè)施和方法，將廢水中的污染物去除掉，達(dá)到了處理的標(biāo)準(zhǔn)，然后再排入界或者直接利用。
目前，國內(nèi)外對受鉻離子污染地下水的抽出處理法主要有如下幾種：藥劑還原法、離子交換法、活性炭吸附、反滲透法。
1.2原位處理法[3]
原位處理法即可滲透反應(yīng)格柵。反應(yīng)格柵法就是在地下水污染源的下游，在隔水層和地面之間的含水層中間，修筑一道一定厚度的可滲透格柵，中間填滿生物或者化學(xué)介質(zhì)，當(dāng)受到Cr6+污染的地下水滲透流過格柵時，其中的介質(zhì)和水中的Cr6+反應(yīng)，生成無害的或者沉淀物質(zhì)。這樣就解決了Cr6+污染地下水的水質(zhì)處理問題。
1.3受Cr6+污染的地下水處理方法綜合分析和比較
活性炭吸附法，處理容量大，可去除各種金屬離子和酸根離子。其優(yōu)點是工藝簡單，操作方便，處理效果好。缺點是再生效率低，使用壽命短，處理費用高，耗酸、耗堿等。而離子交換法，在我國現(xiàn)階段只適用于處理含鉻 (Cr6 +)漂洗廢水，盡管基建費用高，工藝復(fù)雜，但可將有毒的六價鉻回收為較純的鉻酸并可直接回鍍槽使用，凈化后的水可回到生產(chǎn)系統(tǒng)重復(fù)使用，從而達(dá)到綜合利用的目的。因而，這兩種抽出處理方法完全用于受重金屬鉻污染的地下水處理而言不合適。
原位處理法，工程量相對較小，處理過程簡單，持續(xù)處理周期比較長。具有很大的前途。缺點是：設(shè)計要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件進行，還要考慮地下水運動方面的問題，所選的介質(zhì)也要根據(jù)水質(zhì)分析及處理結(jié)果要求有所限制。
2實驗方法過程以及數(shù)據(jù)處理
2.1實驗裝置簡
1.水樣；2.可控水速導(dǎo)管；3.玻璃管；4.介質(zhì)；5.漏斗；6.出水水樣
該實驗?zāi)M污染地下水原位處理的滲透格柵的原理，采用淋濾的方法，將Cr6＋濃度達(dá)到0.203毫克/升的自配受污染水樣，通過Ф15mm×40cm的玻璃管制成吸附柱；水樣在上端用可控水速的導(dǎo)管引出，以固定的速度流過玻璃管，其內(nèi)裝質(zhì)量比為1：1的鐵屑＋粉煤灰共5g；水樣在玻璃管中經(jīng)反應(yīng)后流出，玻璃管下端用紗布處理。實驗裝置如上圖1
2.2實驗過程技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計及處理
①實驗過程。根據(jù)對比設(shè)計的研究結(jié)果，設(shè)計試驗時間為4天。實驗時間從吸附管的下端開始出水計時；開始出水的時刻為7月13日的中午12：05分，然后每隔4個小時取一次水樣，保存在事先準(zhǔn)備好的干凈的水瓶中，貼好標(biāo)簽及日期。試驗中所得的數(shù)據(jù)主要包括出水的體積，水樣的PH值 ，Cr6+的濃度（在實驗中表現(xiàn)為水樣在分光光度計540μm下的分光光度），在最后的一天時間內(nèi)，由于出水速度變得比較慢，因此把取水樣的間隔時間改為了8小時。
②數(shù)據(jù)處理。首先測量每次經(jīng)過處理的出水的體積，并且作出體積隨時間變化圖（見圖2），然后利用pH計測出每個出水水樣的PH值，并做出pH值隨時間變化圖（見圖3），最后對每個出水水樣，根據(jù)分光光度法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，先作出標(biāo)準(zhǔn)曲線,然后分析出水樣的Cr6＋濃度，可得圖4。
3試驗結(jié)果分析及存在問題
3.1結(jié)果分析
分析以上數(shù)據(jù)及圖表，本次試驗的結(jié)果可以表明：
在實驗剛出水階段，由于介質(zhì)中的間隙比較大，水流速度較快，出水水樣中的Cr6＋濃度也比較大，達(dá)到了0.038mg/L,隨后，Cr6＋的濃度逐漸降低，但是可以看到，其濃度變化并不穩(wěn)定，始終沒有達(dá)到超標(biāo)的0.05mg/L,而且在隨后的4天時間內(nèi)，一直沒有出現(xiàn)有的變化情況。
通過PH值隨時變化圖可以看到，本試驗的出水水樣的PH值隨著時間的變化有著很明顯的變化，從剛開始12.04逐漸遞減到了7.7左右，然后趨向與穩(wěn)定。
而出水水樣的體積變化規(guī)律及結(jié)果是，在剛開始的時候出水量大一些，而后逐漸的減少，最后趨于一個穩(wěn)定的體積范圍。本次試驗共配制水樣5L。實驗用水1171ml。
3.2試驗結(jié)論
地下水原位處理法的處理裝置應(yīng)該考慮，流經(jīng)滲透處理隔篩后的出水量，也就是地下水滲流速度，以及鉻、pH值的處理后數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)以及分析，可以看出此次實驗結(jié)果比較理想。根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T14848-93,經(jīng)過模擬實驗后，可以看出地下水處理后pH值在8.0以下，符合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類地下水標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)范圍6.5～8.5）。
鉻離子濃度在處理階段的最初36小時，處理效果呈顯著下降趨勢，隨后出現(xiàn)反彈，隨著時間推移，鉻離子濃度的下降和反彈沒有固定規(guī)律，但是，總體來說鉻離子的濃度完全低于0.05mg/L,符合Ⅲ類地下水標(biāo)準(zhǔn)，適用于集中式生活飲用水水源。
針對Cr6＋濃度處理下降幅度平緩且有回復(fù)的原因，認(rèn)為有以下一些方面的問題：
①試驗期間實驗室中的溫度變化范圍比較大,這也會對實驗造成一定的影響。②在用分光光度法測定Cr6＋的濃度的時候，所用的顯色劑二苯碳酰二肼溶液不是當(dāng)天配制，這樣可能對測定水樣的分光度造成影響。③由于在最后進行的測定實驗中,所要加入的藥品的量都比較��；小小的誤差就有可能造成實驗結(jié)果的偏差。
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[1]薛曉菲,崔建國.地下水環(huán)境修復(fù)技術(shù)進展[J].科技情報開發(fā)與,2006,16(6):148-149.
[2]尹國勛,李振山.地下水污染與防治.北京:環(huán)境出版社,2005.
[3]束善治,袁勇.污染地下水原位處理方法:可滲透反應(yīng)墻[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2002,3
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