多硫化钙-铁系材料联用去除地下水中铬(Ⅵ)实验研究

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近年来,原位修复技术被广泛应用于铬污染地下水的修复工程实践,原位反应带修复技术(In-situ Reduction Zone,IRZ)是其中的一种,在该技术中六价铬的去除效果主要取决于注入含水层中的化学药剂,注入药剂的筛选和配伍是当前地下水修复领域的研究热点。研究发现新型还原剂多硫化钙具有效率高、成本低、适应性强等优点,被逐渐引入到Cr(Ⅵ)污染地下水原位修复工艺。但大量工程实践显示多硫化钙修复后会导致污染场地呈强碱型,制约了其进一步推广应用,因此考虑筛选合适的铁系材料与其联用,以求实现高效低害的修复效果。本文主要研究了p H、温度和其它离子对多硫化钙与亚铁盐联用效果的影响,综合总铬与六价铬、体系p H和Eh等多指标评价修复效果,通过材料表征方法探究多硫化钙与亚铁盐的联用机理,并建立铬污染地下水原位反应带动态修复模型实验进一步探究多硫化钙与亚铁盐联用对铬污染地下水的修复效果。主要结果与结论如下:(1)当多硫化钙和硫酸亚铁以1:2投加比例联用时,水中总Cr和Cr(Ⅵ)的去除率均高于药剂单独使用下的去除率;随着p H的升高,药剂联用和多硫化钙单用时Cr(Ⅵ)去除率逐渐降低,硫酸亚铁可提高Cr(Ⅵ)的去除率;碱性条件下更利于总Cr和Cr(Ⅲ)的去除;药剂联用对体系扰动作用相对较小。较高的温度有利于加快Cr(Ⅵ)的去除,但不影响对Cr(Ⅵ)的去除率;HCO3-、Cl-、Mn2+的加入有利于Cr(Ⅵ)的去除,其中碳酸氢根通过改变p H、氯离子影响电子传递,二价锰通过还原和弱水解作用影响Cr(Ⅵ)的去除;Fe3+的存在会消耗部分多硫化钙,在其含量较低时对Cr(Ⅵ)的去除产生抑制,而含量较高时可通过吸附和水解作用提高Cr(Ⅵ)的去除率。(2)对多硫化钙与硫酸亚铁联用还原Cr(Ⅵ)所得产物进行表征,通过XRD和XPS图谱分析,表明在不同p H条件下联用药剂与Cr(Ⅵ)反应生成产物类型基本一致且产物含量总体呈现随体系碱性增强而增加的趋势;联用药剂与Cr(Ⅵ)反应生成了Fe S、Cr(III)、Fe(III)、CrxFe1-x(OH)3沉淀和单质S,其中生成的中间产物Fe S将进一步促进Cr(Ⅵ)的还原和Cr(III)固定。(3)联用药剂与Cr(Ⅵ)以摩尔比n(Ca Sx):n(Fe SO4):n(Cr(Ⅵ))=0.75:1.5:1进行反应,水体p H始终保持在中性,出水Cr(Ⅵ)含量低于0.05 mg·L-1;通过地下水原位修复模型动态模拟联用药剂对铬污染地下水的修复效果,结果显示,联用药剂适用于不同浓度铬污染地下水的修复,可维持较长的修复效果,Cr(Ⅵ)去除效果随出水口与联用药剂注入点距离的增加而降低。
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