地下水重金屬污染中PRB修復技術的應用

何思意(茂名市環境技術中心，廣東 茂名 525000)

0 引言

在對地下重金屬污染水體進行治理的過程中，PRB修復技術屬于一種十分有效的處理技術。相比較傳統的汞處理技術而言，此項處理技術不僅操作更加簡單，且成本也更加合理，其處理效果非常顯著。

1 設備和方法選擇

1.1 用水選擇

在本次試驗中，用Cu(II)來代表陽離子，用Cr(VI)來代表陰離子，通過此類重金屬來模擬配制被重金屬污染的地下水。本次試驗中所用水的各項指標參數如表1所示。

表1 本次試驗中所用的水的各項指標參數

1.2 裝置選擇

本次試驗中進行了A和B兩個反應器的設計，其材質為有機玻璃，總高度是100 cm，內徑是8 cm。在PRB反應器的上部用砂層填充，砂層厚度為30 cm，同時在砂層上方進行了補水裝置的設置，以此來保障含水層中水體分布的均勻性。反應器底部也用砂層填充，填充厚度是40 cm，以此來達到緩沖和過濾效果。PRB反應器的主體位于中間，其高度是20 cm，取樣口設置在進水口位置，與反應器底部之間的距離為5 cm。PRB反應器中的介質組成成分如表2所示。

表2 PRB反應器中的介質組成成分表

1.3 試驗方法

分別稱取質量組分不同的混合反應介質2 g，將其放置到200 mL規格的錐形瓶，加入150 mL模擬的重金屬污染地下水，混合之后密封好，在10～15 ℃的條件下振蕩，振蕩速度為90 r/min，然后分別在靜置12、24、36 h之后取樣，對目標污染物進行剩余濃度的分析[1]。試驗過程中，水流方向為從上到下自然滲透，取樣在進出水口位置進行，并對其pH值、DO、OPR、Cu(II)和Cr(VI)指標進行分析。主要的試驗參數如表3所示。

表3 主要試驗參數

2 實驗結果分析

2.1 反應介質最佳配比分析

為了對A反應器中的磷灰石以及電石渣這2種介質的最佳配比進行確定，本次試驗中對不同配比情況下的介質在Cu(II)和Cr(VI)這2種重金屬離子去除中獲得的效果進行分析，具體情況如圖1所示。

具體介質的配比情況如表4所示。

表4 具體的介質配比情況

通過圖1可知，配比不同的混合反應介質會在Cu(II)去除中起到良好的處理作用，但是在Cr(VI)去除中所起到的作用卻并不是十分明顯。通過對各種配比條件下的混合反應介質在Cu(II)和Cr(VI)這兩種重金屬離子去除中所獲得的效果可知，反應介質的最佳配比是第六組，即電石渣0.8 g、磷灰石0.2 g、石英砂1.0 g。

圖1 不同配比情況下的介質在Cu(II)和Cr(VI)去除中獲得的效果

2.2 出水pH值變化規律分析

通過分析可知，因為B屬于對照組，所以其pH值基本不變。之所以會出現這樣的情況，是因為石英砂對水體內的重金屬污染物幾乎起不到去除效果。而在A反應器內，pH值有著顯著變化，在前10 d呈現出了逐漸上升趨勢，最高可達到8.5左右，而在10 d之后，pH值在少許上升趨勢之后便開始趨于平穩。這是因為電石渣中含大量的氧化鈣，在水體流過時會和水發生反應，隨著OH-的大量產生，反應器中的pH也會逐漸上升。在此過程中，反應器內的重金屬離子會和介質中的OH-、PO42-以及CO32-等結合起來，進而形成沉淀。這些沉淀會附著在介質表面，使其和水之間的接觸面積減小，所以在后期會出現pH值趨于穩定的情況[2]。

2.3 出水DO變化規律分析

通過分析可知，在前12 d，兩反應器中的DO都有著較大波動，這可能因為試驗開始時反應器中有殘留的氧氣，導致運行中固液兩相傳質效率不同。同時，裝柱時也難免將氧氣帶入到反應器內。而在運行了一段時間之后，反應器中的還原物質以及微生物會逐漸將DO消耗掉，并使其達到平衡。所以從12 d起，反應器內的DO波動幅度就比較小，基本可以達到穩定狀態。

2.4 出水氧化還原電位(ORP)變化規律分析

水體內的ORP會對重金屬污染物在其中的溶存狀態起到主要的影響和控制作用。在本次試驗中，反應器內所應用的是自配水，其中有CrO42-這種強氧化性離子，以及殘存的DO，進而在初期的反應階段為水體創造一個氧化環境。通過分析可知，在A反應器中，ORP隨反應時間的延長而降低，說明氧化環境逐漸轉化為還原環境，且介質對于CrO42-有去除效果。而在B反應器中，ORP卻始終趨于穩定，這說明反應器中的氧化還原反應條件基本不變。

2.5 Cu(II)和Cr(VI)去除效果分析

通過試驗與分析可知，A反應器對于Cu(II)和Cr(VI)都有著很好的去除效果，前者去除率可以達到95.1%，后者去除率可以達到95.78%。而在B反應器中，之所以前6 d的Cu(II)和Cr(VI)濃度都很低，是因為石英砂有吸附作用，但是在6 d之后，Cu(II)和Cr(VI)濃度卻迅速上升，這是因為石英砂的吸附已經到達了飽和狀態。由此可見，B反應器對水體中的重金屬污染物幾乎起不到去除效果。對于A反應器中的Cu(II)和Cr(VI)去除效果，具體可總結為以下3個方面：

第一是金屬沉淀。在A反應器中，磷灰石可以為水體提供少量PO42-，讓磷酸鹽在水中的溶解度超出限度，進而型號層重金屬沉淀，讓金屬的遷移性得以降低。同時，因為電石渣以及磷灰石都可以給水體提供充足的OH-，使其和水體中的Cu(II)反應生成沉淀，進而大幅度降低水體中的Cu(II)遷移能力，達到良好的水體凈化效果。

第二是離子交換以及吸附。介質中的磷灰石屬于人類和脊椎動物牙齒、骨骼中的主要無機成分，其晶體結構可以對類質同相起到廣泛的替換作用，它對于二價的金屬離子有著開放性的結構，所以可與Cu(II)反應而置換出鈣離子，進而完成離子交換，并通過良好的吸附作用將重金屬離子去除。

第三是表面絡合作用。在反應器中，水體的遷移過程也有表面絡合作用參與，磷灰石和重金屬離子所形成的絡合物將會在水體遷移中吸附在反應介質上被去除。

3 結語

通過上述試驗與分析發現，在對水體中的重金屬污染物進行治理的過程中，PRB修復技術有著非常良好的應用效果。因此，水利單位和環保單位可以將此項技術合理應用到重金屬水體污染物的治理中，以此來獲得滿意的治理效果。這對于水體污染的修復以及生態環境的保護都將有著十分深遠的意義。