除渣器-山东智信环保科技

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浅析地下水重金属污染修正技术科研方向

作者: 山东智信环保科技 来源: 山东智信环保科技 发布时间:2016-05-17
  地下水为人类供给着名贵的水源,也是天然界水循环与水资源的首要组成有些。现在,中国有400余个城市以地下水为供水水源,有些城市地下水乃至变成仅有的供水水源。但是城市化进程的加快及工业的迅猛发展,矿藏资源的挖掘、锻炼等环节,地下水重金属污染疑问日益突显。重金属污染散布和特色疑问,国内外有专家已进行有关研讨。重金属污染与矿藏资源的挖掘、锻炼密切有关,如在湖南、陕西、青海等矿石挖掘业较为兴旺的省份,有些区域地下水重金属超支严峻。
  地下水污染尤其是重金属污染的疑问现已导致国内专家的重视,但现在重金属污染评估及管理的研讨首要集中在土壤、地表水与沉积物,对于地下水重金属污染的较少。地下水关乎公民健康,重金属污染事情一旦呈现,其构成的损害无法估量,因而研讨出对于地下水重金属污染管理的技能迫在眉睫。
  本文将地下水重金属污染的修正技能分为异位修正技能和原位修正技能2大类。现在研讨及使用中,地下水重金属污染的修正技能首要以原位修正为主,因而要点介绍了抽出-处理技能及几种原位修正技能,并联系实习工程使用,对各技能的优缺点进行比照。值得重视的是原位生物修正技能中,Geobacter和Shewanella等微生物在特定条件下可发作纳米线,可远距离传输电子,大大进步了降解功率。
1 污染现状
  乔晓辉等对华北平原地下水重金属污染散布特征,研讨区地下水pH为5.4~9.4,均匀为7.721,Fe含量超支严峻,均匀高于GB5749-2006规范300μg/L;Se、Cr含量有些区域呈现超支,超支率别离为3.54%和1.77%。张兆吉等的研讨也发现,华北平原区域有7.6%的地下水遭受重金属污染,其间砷、铅等重金属呈点状散布;其间又以铅污染最为严峻,砷含量遍及较高,浅层、深层地下水砷超支率别离达12.97%、5.12%。
  张妍等研讨黄河下流引黄灌区地下水重金属污染水平以及健康危险评估,查询鲁、豫两省11种重金属元素(Ba、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、Se和Zn)含量,其间Fe、Mn、Zn和Se呈现超支景象,发现饮水和肌肤露出途经中,Cr污染对个人年危险均影响最大,但低于最大可承受危险。
  文冬光等对中国东部首要平原区域展开地下水质量与污染评估,发现重金属检出遍及,呈点污染特征,超支率0.2%~9.3%,其间砷、镉、铅超支率别离为9.3%、3.5%和1.5%。
  地下水中重金属来历有多种路径,一是含有重金属的日子污水和未经处理的工矿废水,排放入河流,经过灌溉进入地下水而构成地下水环境污染,如金属电镀、采矿、化肥出产、电子电池出产,造纸以及农药的出产等;二是金属矿山挖掘与锻炼活动,很多岩石暴露地表,进入到矿区及周边区域的地表水体及地下水体含有很多重金属元素。
  依照污染场所区分,地下水污染场所分为工业、市政、农业及特别污染场所。其间重金属污染场所首要是含重金属的工业污废水排放污染场所、工业固体废弃物填埋污染堆积场所、矿藏挖掘污染场所。现在修正技能首要对于的是工业类的污染场所修正。
  重金属是一类典型环境污染物,相对原子质量63.5~200.6,密度大于5.0,包含汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性明显的重元素,及锌、铜、钴、镍、锡等具有必定毒性的通常重金属。水中重金属以多种办法存在,首要有离子交流态、金属盐联系态、有机物联系态和残渣态等,其间以联系态、交流态的毒性最大,残存态的活性毒性最小,如甲基汞要比汞的别的形状毒性要强。
  重金属不易被生物降解,可在生物体内富集,如重金属Cd元素是致癌物质,进入人体后能长时间停留,在生物体内的半衰期长达20~40 a。汞可与生物体内蛋白质中的巯基高度亲和,生成硫醇盐,进而抑制蛋白质的组成。Cd会致使骨矿密度下降,添加骨折发作机率,人体摄入过量会导致各器官一系列病变。
  重金属元素自身的富集性及不行降解性,地下水的不断搬迁和循环,以及含水介质的差异性和复杂性,多种要素构成地下水重金属污染具有如下特色:污染前期不易被察觉,污染范围难以圈定。
2 修正技能
  国内外已对地下水重金属污染进行调研,并对典型重金属去掉办法获得必定效果。如抽出-地表处理技能、植物修正技能等。现在管理重金属地下水污染的路径首要有2种:1种是改动金属离子存在形状,使其变成单质或许化合物沉积,增强其安稳性,下降其在环境中的搬迁性;另1种是改动金属离子价态,大大下降其毒性。修正技能可分为异位修正技能和原位修正技能2大类。
2.1
 异位修正技能
  地下水异位修正技能是将污染水体经过收集体系或许抽提体系转移到地面上,进行处理后使水体到达排放请求的技能。
  对于重金属污染的修正,异位修正技能首要是抽出-地表处理技能(pump-and-treat method),即在污染场所布置必定数量的抽水井,用水泵将受污染的地下水抽提至地上的处理设备进行处理,出水依据本地实习的地质状况进行排放,通常适用于处理高强度、突发性或污染晕埋藏深的场所。该技能处理周期短、效果好,但需求能量供给及定期的监测和保护,因而运转本钱较高。
  异位修正技能中,抽出-地表处理技能使用最为广泛,依据美国环保局的计算,在1982-2002年间,相对别的修正技能,其在工程使用上使用上的使用份额高达68%。但有时也许会呈现拖尾和反弹景象。
2.2
 原位修正技能
  因为异位修正技能出资及运转本钱较高,因而重金属污染的原位修正技能受到国内外学着的广泛重视。原位修正技能指不损坏土体和地下水天然环境,对污染的地下水进行原地修正,该技能处理费用低、地表处理设备少、环境扰动性小,包含可渗透反响墙技能、原位电动修正技能、原位化学修正技能和原位生物修正技能。
2.2.1
 可渗透反响墙技能
  1982年,美国环保局提出了可渗透反响墙技能(Permeable Reactive Barrier,PRB)。依据美国环保局(USEPA)的界说,“经过在地下装置活性资料墙体,将污染物羽状体加以栏截,在反响介质中经吸附、沉积、降解等反响将污染物转化为环境能够承受的另一种办法,使得污染物终究含量到达国家规定的答应排放值”。
  PRB技能中,活性资料决议反响时间和速度,并影响管理的效果和反响格栅所使用的时间。用于反响的充填介质包含零价铁、活性炭、磷灰石、泥炭、微生物、锯屑或其它物质。当污染羽较宽或许较深,会导致的墙体的尺度过大,对此可先用低渗透性的间隔墙先引导地下水流,进而可选用更小的反响器替代反响墙,即“漏斗-通道体系(funnel-and- gate system)”。
  PRB技能中反响介质起首要效果,因而有必要具有以下特征:吸附降解才干较强,能长时间坚持活性;在水力和矿化效果下坚持安稳;处理污染物进程中没有有害物质发作;抗腐蚀性强。
  PRB法可原位降解或许截留污染组分,不需抽出处理进程。但是在长时间处理进程中,体系容易构成阻塞,因而需求对反响介质进行更新,然后保证其长时间有用的效果。并且,PRB技能通常选用的是经过土体开挖和反响资料回填的办法进行施工,开挖深度通常在8 m以内,超过8 m施工费用较高,需选用别的如高压喷射等办法。德国与美国对这方面有较多的研讨。此外,PRB的规划须依据污染物特征剖析、地下土壤特性及地下水运转特性,因而在规划前,需求进行很多的前期查询及树立作业模型。
2.2.2
 原位电动修正技能
  原位电动修正技能(Electromotion repairing technique)是经过施加直流电压构成电场梯度,使污染物质在电场效果下搬迁至电极两头,详细是各种形状的重金属污染物先转化为可溶态,然后在电场效果下经过离子搬迁和电渗定向搬迁出地下水。含水介质的土壤层更利于污染离子的搬迁,因而该技能现在大多使用于含水介质的土壤层污染的原位修正上。
  与别的修正技能比较,电动力学修正技能对地下水重金属污染处理发作在2个电极之间,污染修正方针性很强;金属离子移向电极两头而去掉,不会引进新的污染物质。但需操控安稳适宜的酸性环境,别的活化极化、电阻极化和浓差极化的存在,也许会使电流下降。
  电化学技能还能够强化地下水原位生物修正,使用电动力学效应加快污染环境中微生物运动,进步污染物的生物降解速率。
2.2.3
 原位化学修正技能
  原位化学修正技能(In-situ chemical remediation technology)首要是使用氧化复原试剂与土壤及地下水中污染物反生反响然后下降污染物含量的一种原位修正技能。可分为原位化学氧化技能(In Situ Chemical Oxidation,ISCO)和原位化学复原技能(In Situ Chemical Reduction,ISCR)。
  ISCO技能是选用必定办法将化学氧化剂投放地下,使重金属氧化为低毒、低移动性产品的修正技能。现在,二氧化氯、高锰酸钾、臭氧和Fenton试剂是4种最为常用的氧化剂。如在修正As3+污染地下水时,参加氧化剂可使As3+转化为毒性较低的As5+。别的,因为As3+的溶解度大于As5+,As3+转化为As5+可明显下降As在地下水中的搬迁性。ISCO技能也可作为生物修正和天然生物降解的预处理。
  ICSR技能是使用一些化学修正药剂的强复原性,经过复原、吸附、沉积或阻隔等效果,将地下水中重金属类物质复原为贱价的稳态或单质办法,以到达下降其毒性和安稳化的意图。常用于地下水中的铬(VI)、砷(V)等重金属修正。
  原位化学修正技能具有去掉重金属功率高,投入本钱相对较低,修正周期较短等优势。但是,假如地下水中伴有多种重金属污染,选用该法去掉一种重金属污染时,也许会构成别的一种重金属污染。别的,氧化复原剂自身的健康与安全疑问以及也许导致重金属搬迁等疑问也约束了原位化学修正技能的使用。
2.2.4
 原位生物修正技能
  原位生物修正技能(In-situ Bioremediation)是指基本上不损坏初始地下水天然环境,使用地下水华夏有的或许人工培育的具有特定功用的微生物群,原位降解地下水中污染物的技能。如污染场所土壤和地下水中通常散布着产碱菌属(Alcaligenes)、芽孢杆菌属等多种能够使铬酸盐和重铬酸盐复原的微生物,可将高毒性的Cr6+转化为低毒性的Cr3+ 。
  使用趋磁细菌去掉重金属污染也获得杰出的效果,趋磁细菌能够吸收外界环境中的铁元素,并在体内构成具有磁性的铁化合物,在外界磁场的效果下,该菌能沿着磁力线的方向作定向移动,将趋磁细菌参加废水中,吸附完结后在磁场别离器中将其别离。研讨结果表明该办法可将含Fe2+废水、Cr3+废水以及含Ni2+废水中的重金属离子去掉95%以上。
  对于含重金属的酸性矿井废水,使用天然界硫循环原理进行厌氧生物处理和原位修正技能,具有无二次污染,处理功率高级优势,其间使用硫酸盐复原菌进行修正备受重视。硫酸盐复原菌(SRB)能把硫酸盐、亚硫酸盐等硫氧化物以及元素硫复原成硫化氢。该菌降解重金属首要有4条路径:1)厌氧条件下,SRB将SO42-异化复原为H2S,重金属离子与H2S联系生成金属硫化物沉积;2)SO42-转化为S2-的一起pH升高,进而利于重金属离子生成氢氧化物沉积;3)SRB发作的胞外聚合物吸附废水中的重金属离子;4)SRB分化有机物生成CO2,有些重金属和CO32-反响生成不溶性的碳酸盐沉积。
  除SRB复原菌外,Charles等比照SRB和硒酸盐复原菌(Selenite-reducing bacteria,SeRB)去掉硒酸盐,以醋酸作为电子供体,发现降解路径为SRB将硒酸盐复原为硫化硒沉积,SeRB将硒酸盐复原为硒单质,2者均能有用的将硒酸盐污染物去掉。
  自2005年,Reguera等发现胞外呼吸菌Geobacter sulfurreducens DL1的菌毛具有导电性,并将这种生长在细胞周边的聚合蛋白微丝命名为“微生物纳米导线”(microbial nanowires),由此引发了对于微生物纳米导线的研讨热潮。以后研讨发现Shewanella oneidensis MR-1、Synechocystis PCC6803、Pelotomaculum thermopropionicum 相似的长十几微米的生物导线。在污染修正范畴,Geobacter和Shewanella金属复原菌使用纳米导线电子传递机制,可远距离传输电子,使菌体摆脱了需求直接触摸电子受体才干进行电子传递空间约束,进步了电子传递功率。如Geobacter可经过菌毛将电子从细胞内传递到胞外,将U(VI)复原成不溶性的U(VI),并将U(VI)吸附在菌毛周围,构成不溶性的纳米粒。
  除异位和原位修正技能外,还有监测天然衰减技能(Monitoring Natural Attenuation Technology,MNA)。MNA技能经过修正场所的天然衰减效果,使污染物的含量和总量得以削减,然后使特定地址的污染在必定时间内完结污染修正。该技能具有生物修正技能的优点,但请求修正场所自身有较高的天然衰减才干。因而MNA技能适用于污染程度较轻、天然衰减才干较强的区域。
3 结语与展望
  地下水重金属污染与公民群众健康密切有关,重金属具有不行生物降解、易于在生物体内富集以及生物毒性等特色,加上地下水地质条件的复杂性,构成地下水重金属污染修正更具损害性和隐蔽性。跟着对修正技能研讨的不断加深,现在各种修正技能现已成功运用于地下水污染管理。综合国内外研讨进展,联系中国国情,提出地下水重金属污染防治以下思路:
  1)土壤和地下水密切有关,在土壤-地下水重金属污染搬迁转化规则方面,依据搬迁模型,可先修正土壤重金属,进而避免污染地下水体或减轻后续处理强度。
  2)除PRB技能和电化学修正技能现已商业化使用外,生物修正技能的研讨现在多着重于实验室的模仿修正,在使用于实习方面还有待于进一步增强。重视挑选高效、降解特定重金属的微生物,完成规模化、产业化的实习使用。
  3)值得重视的是原位生物修正技能,在寻觅降解特定重金属的微生物进程中,联系现代基因手法修饰G sulfurreducens等产纳米导线的微生物,然后进步重金属污染修正功率。
  现代修正技能应该是绿色含义的,完结地下水污染修正的一起,保护正常的地下生态体系构造和功用。一起,地下水污染修正影响要素较多,单一的修正技能都有各自的适用范围,因而,在实习进程中,联合物理、化学和生物修正的多种办法,高效、低能耗的完成修正方针。

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