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本文首先通过静态吸附批实验分别研究了活性炭、沸石、陶粒三种反应介质吸附氨氮的性能,分析各种初始浓度、pH值、吸附时间、颗粒粒径和投加量对反应吸附氨氮的影响;然后在PRB反应器小试实验中选取垃圾渗滤液中具有代表性的两种污染指标氨氮和化学需氧量(COD<,Cr>),开展了PRB反应器处理垃圾渗滤液污染地下水的实验研究。分析不同的反应介质以及以不同配比条件下的吸附降解的性能和反应器运行情况。通过对比研究单一介质和多介质以不同配比混合的PRB的处理效果,探讨PRB反应器去除渗滤液污染物的作用机制。
实验得出以下结论:
(1)活性炭、陶粒和沸石吸附氨氮的吸附等温线符合Freundlich吸附等温模式,由三介质的Freundlich吸附等温线可以看出,它们对氨氮的吸附性能依次为:沸石>活性炭>陶粒。
(2)通过单因素分析实验研究初步确定各介质的最佳操作条件:当溶液初始浓度为40mg/L的条件下,pH值在7-9之、颗粒粒径为0.45mm~0.9mm的活性炭的吸附性能较好,2.5h时基本达平衡;pH值在5~8之间、粒径为0.15mm~0.45mm的沸石的吸附性能较好,3h时达平衡;陶粒在pH=9、粒径小于0.15mm时吸附性能较好,3h时基本达平衡;吸附剂的平衡吸附剂随初始浓度增加而增加,投加量大于8mg/L时,其平衡吸附量随着投加量的增加而减少。
(3)在初始氨氮浓度为100mg/L、pH=7、吸附时间为4h、颗粒粒径为0.45mm~0.9mm、投加量为8mg/L的条件下活性炭对氨氮的平衡吸附量为0.76mg/g;在初始氨氮浓度为100mg/L、pH=9、吸附时间为4h、颗粒粒径小于0.15mm、投加量为8mg/L的条件下陶粒粉末对氨氮的平衡吸附量为0.54mg/g;在初始氨氮浓度为100mg/L、pH=6、吸附时间为4h、颗粒粒径为0.15mm~0.45mm、投加量为8mg/L的条件下沸石对氨氮的平衡吸附量为3.59mg/g。
(4)在短期运行中零价铁反应器对氨氮和COD<,CR>的去除率很小(<5%),对COD<,Cr>的去除率保持在30%左右;陶粒反应器对氨氮的吸附作用较弱,去除率小于10%,对COD<,Cr>的平均去除率为27.4%,可以利用其良好的附着性能,促进微生物作用,进而达到降解氨氮和COD<,Cr>的目的;沸石反应器对COD<,Cr>去除率维持在35%左右,沸石对氨氮吸附和离子交换能力很强,平均去除率达89.7%;活性炭粉反应器对氨氮和COD<,Cr>的平均去除率分别为65.7%和76.8%,吸附性能和微生物附着性能都很好,还可以与铁粉协同产生微电池的作用。
(5)增加铁粉比例的PRB在运行初始阶段反应比较慢,稳定后可以提高COD<,Cr>的去除率。增加陶粒比例的PRB对COD<,Cr>的平均去除率比等比例混合介质的PRB低2.6%,对氨氮的平均去除率比等比例混合介质的PRB则高4.8%。沸石对氨氮的去除效果非常好,增加沸石比例的PRB对氨氮的去除率接近100%。在氨氮浓度较高的情况下,可适当增加沸石的比例。活性炭和铁的质量比在1:1和2:1之间变化对COD<,Cr>的去除率影响不大,平均去除率增加0.3%。
(6)反应介质的选择对PRB修复技术的处理效果有重要影响。采用零价铁、活性炭、沸石和陶粒的混合介质对COD<,Cr>的去除率都达75%~80%,对氨氮的去除率达82%~98%。PRB技术原位处理垃圾渗滤液污染的地下水,可以取得较好的效果。