铅锌矿多重金属污染地下水的原位渗透反应墙修复技术研究与示范

发布时间：2017-04-15 17:15

  本文关键词：铅锌矿多重金属污染地下水的原位渗透反应墙修复技术研究与示范，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：矿山尾矿造成的地下水污染一直是世界环境污染的重大问题之一,而矿山地下水污染的治理和修复是现今场地污染修复领域的热点和难题。渗透反应墙(PemeableReactive Barrier,PRB)技术是一种新兴高效的地下水污染原位修复技术,目前已被国内外广泛应用于污染地下水的修复。本文以湖南某铅锌矿尾矿库污染地下水为研究对象,系统地研究了污染地下水的原位PRB技术。主要内容包括前期场地踏勘,污染状况调查和分析,健康风险评估,PRB材料的筛选和材料混配,材料吸附的影响因素及机理,模拟PRB柱中试实验及现场PRB的结构和参数的设计和实施。获得的主要结论如下：(1)对湖南娄底双峰煤矸石填埋场、郴州谭凹岭钨矿尾矿库及湖南某铅锌矿区的土壤和水体进行了调查和风险评估。结果表明,四个矿区都存在不同程度的污染：云南文山砒霜厂区的土壤、地下水、地表水和植物中砷的含量都超过相应的国家标准；郴州钨矿场地(郴州谭凹岭、黄家洞)的地下水样砷含量超过国家标准,其他重金属含量未超过标准,但流出的废水具有强碱性；娄底双峰煤矸石填埋场区的地下水和土壤中镉、砷、锌超过标准；湖南某铅锌矿区的土壤、地表水、地下水中砷、铅、锌和镉含量存在不同情况地超标。湖南某铅锌矿区的土壤、地表水、地下水进行风险评估,结果表明,存在严重的非致癌和致癌风险,不适合耕作及作为饮用水源。(2)针对实验区土壤和地下水重金属污染的种类和浓度,采用批处理实验,研究了不同材料去除重金属的能力,以期筛选获得最佳的PRB材料。实验结果表明,铅去除率超过90%的材料有6个：铁锰矿(已有),粉煤灰(石家庄),钢渣,化工活性炭,海绵铁,针铁；锌去除率超过90%的材料有8个：铁锰矿(已有),粉煤灰(石家庄),钢渣,椰壳活性炭,二次还原铁,化工铁粉,膨润土,赤泥；砷(III)去除率超过90%的材料有4个：钢渣,针铁,化工铁粉,铁锰矿(高铁)；Cd去除材料筛选结果显示,有13种材料对镉的去除比较好。综合各种材料的筛选结果表明,铁锰矿和钢渣是地下水Cd、Pb、Zn和As复合污染修复的最佳材料。(3)研究了钢渣去除不同重金属的条件和影响因子。结果表明,钢渣吸附砷的最适宜pH为7.0,吸附铅和镉的最适宜pH为3.0～7.0,吸附锌的最适宜pH为7.0。钢渣吸附锌不受温度影响,但不同温度对吸附铅、镉和砷的影响不同。钢渣去除镉在4反应时间为16hr时,达到平衡；钢渣除锌、砷在反应时间为12hr时,达到平衡。(4)研究了钢渣吸附几种重金属的等温吸附和解吸过程。结果表明,Langmuir和Freundlich方程可以很好的拟合钢渣对铅、锌、镉和砷等四种重金属的等温吸附曲线。用Langmuir等温吸附方程计算的四种重金属的吸附容量分别为894.04 mg/g, 454.07 mg/g,2424.897 mg/g 和 63.23 mg/g。三种吸附剂对铅、锌、镉的解吸率都小于1%,表明钢渣吸附这三种重金属的解吸率很低,不适合重复使用；NaOH对砷的解吸最好,解吸率达35%,其他解吸剂效果不好。(5)研究了钢渣吸附几种重金属的吸附动力学。结果表明,可用Pseudo-second-order二级动力学方程很好的拟合,相关性系数均达到0.97以上。拟合的结果说明,钢渣对几种重金属的吸收速率非常高,适合地下水重金属的快速去除。(6)研究了溶液中共存离子对钢渣去除重金属的影响。结果表明,溶液中的Ca2+、NO3-、SO42-、SiO32-、H2PO4等共存离子对钢渣去除铅、镉没有影响；C矛+浓度对钢渣去除锌几乎没有明显影响,SiO32-、H2PO4-会抑制钢渣去除锌的能力。随着Ca2+浓度增加,对钢渣去除砷(Ⅲ)的促进作用在降低；H2PO4-、NO3-对钢渣去除砷(Ⅲ)有促进作用；Si032-随浓度变化对钢渣去除砷(Ⅲ)先促进后抑制；S042-离子浓度在高浓度时,会抑制钢渣的去除能力。(7)采用XRD技术分析了钢渣吸附几种重金属前后的X-射线衍射图谱。结果发现,钢渣吸附锌、镉、铅和砷后形成许多新的衍射峰,由此推断钢渣成分与重金属形成了新的晶体化合物,经鉴定对应的化合物为:Zn5(OH)8Cl2·H2O, CdCl2·H2O, Cd (OH) Cl, Fe2As4O12, Pb2SiO3·xH2O。同时,说明吸附过程属于表面吸附,Pb、Zn、Cd、As与材料表面发生了氧化还原、络合等反应。(8)进行了实验室模拟PRB中试穿透试验,以探讨材料去除重金属的动态吸附结果,为设计PRB参数和野外实施PRB技术提供依据。结果显示,模拟的污染废水浓度为Pb为1.0mg/L, Zn为40mg/L, Cd为1.0mg/L, pH为场地近似值6.0,模拟流速为0.169ml/min,采用20～40目转炉渣(不含活性炭)106.32g,其污水处理量为24.34L,相当于每kg20～40目转炉渣处理水量为228L,出液的pH之前为碱性,运行一段时间后可以保证出液为中性。
【关键词】：铅 锌 镉 砷(Ⅲ) 钢渣 PRB 地下水
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X523;X753
【目录】：

• 摘要13-16
• Abstract16-20
• 缩略表和植物英文表20-21
• 第一章 文献综述21-46
• 1 矿山地下水污染状况及修复研究进展21-28
• 1.1 矿山地下水污染的状况21-22
• 1.2 矿山地下水污染的危害22-24
• 1.3 矿山污染地下水的防控24-27
• 1.3.1 源头防控24
• 1.3.2 物理修复24-25
• 1.3.3 抽提修复25
• 1.3.4 原位修复25-27
• 1.3.4.1 原位生物修复25-26
• 1.3.4.2 物理化学修复26-27
• 1.3.4.3 电动力学修复27
• 1.4 存在问题和展望27-28
• 2 钢渣在环境科学中的应用研究进展和展望28-32
• 2.1 前言28-29
• 2.2 水体污染修复中的应用29-30
• 2.3 大气污染修复中的应用30-31
• 2.4 土壤修复中的应用31
• 2.5 固体废弃物处理方面的应用31-32
• 2.6 存在的问题和展望32
• 3 渗透反应墙技术的研究进展和展望32-42
• 3.1 前言32-35
• 3.2 新型PRB材料的筛选35-36
• 3.3 PRB修复机制研究36-39
• 3.4 原位PRB工程设计与实施39-41
• 3.5 存在问题和展望41-42
• 4 本研究选题依据、研究内容和意义42-46
• 4.1 研究背景和意义42-44
• 4.2 研究目的44
• 4.3 研究内容和技术路线44-46
• 4.3.1 研究内容44-45
• 4.3.2 技术路线45-46
• 第二章 污染场地调查与风险评估46-71
• 1 前言46
• 2 实验方法46-50
• 2.1 污染调查方法46
• 2.2 健康风险评估方法46
• 2.3 暴露评估46-50
• 2.3.1 毒性评估48
• 2.3.2 风险评估48-49
• 2.3.3 样品分析方法49-50
• 3 结果与分析50-67
• 3.1 云南文山砒霜厂污染场地调查结果50-54
• 3.2 娄底双峰、郴州谭凹岭填埋场污染场地调查结果54-56
• 3.3 湖南某铅锌矿区污染场地调查与风险评估结果56-67
• 3.3.1 湖南某铅锌矿区污染场地调查结果57-65
• 3.3.2 湖南某铅锌矿区风险评估结果65-67
• 4 讨论67-69
• 4.1 非致癌风险分析67-69
• 4.2 致癌风险分析69
• 5 小结69-71
• 第三章 砷、铅、锌、镉去除材料的筛选和材料混配研究71-95
• 1 前言71
• 2 材料和方法71-79
• 2.1 供试材料71-73
• 2.2 混配材料73-74
• 2.3 实验方法74-79
• 2.3.1 重金属去除材料筛选实验74
• 2.3.2 钢渣密度、容重和孔隙率测定74-75
• 2.3.3 材料混配实验方法75-79
• 3 结果与分析79-90
• 3.1 砷(Ⅲ)吸附材料的筛选79
• 3.2 铅吸附材料筛选79-80
• 3.3 锌吸附材料筛选80-81
• 3.4 镉吸附材料筛选81-82
• 3.5 钢渣对铅、锌和镉的去除效果对比82-83
• 3.6 钢渣的颗粒密度、容重和孔隙率83-84
• 3.7 材料混配实验结果与分析84-90
• 3.7.1 混配材料去除砷(Ⅲ)84
• 3.7.2 混配材料去除铅84
• 3.7.3 混配材料去除锌84-89
• 3.7.4 混配材料去除镉89-90
• 4 讨论90-93
• 5 小结93-95
• 第四章 材料去除Pb、Zn、Cd和As(Ⅲ)的影响因子及机制研究95-119
• 1 前言95
• 2 材料与方法95-99
• 2.1 供试材料与试剂95-96
• 2.2 钢渣对铅、锌、镉、砷(Ⅲ)的吸附容量96-97
• 2.3 不同因子对铅、锌、镉和砷(Ⅲ)吸附效果的影响97-99
• 2.3.1 pH对钢渣除铅、锌、镉和砷效果影响97
• 2.3.2 反应温度对钢渣除铅、锌、镉和砷效果影响97
• 2.3.3 反应时间对钢渣除铅、锌、镉和砷效果影响97
• 2.3.4 材料的吸附与解吸实验97-98
• 2.3.5 共存离子对材料去除铅、锌、镉和砷效果影响98
• 2.3.6 材料去除铅、锌、镉和砷的机理实验98-99
• 3 结果与分析99-114
• 3.1 钢渣对铅、锌、镉和砷(Ⅲ)的吸附容量99-102
• 3.2 不同因子对铅、锌、镉和砷(Ⅲ)吸附效果的影响102-114
• 3.2.1 pH对钢渣除铅、锌、镉和砷(Ⅲ)吸附效果影响102-103
• 3.2.2 反应温度对钢渣除铅、锌、镉和砷(Ⅲ)效果影响103
• 3.2.3 反应时间对钢渣除铅、锌、镉和砷(Ⅲ)效果影响103-106
• 3.2.4 材料的吸附与解吸106-107
• 3.2.5 共存离子对材料去除铅、锌、镉和砷效果107-109
• 3.2.6 材料去除铅、锌、镉和砷的机理109-114
• 3.2.6.1 几种钢渣和含铁锰矿的成份分析109-110
• 3.2.6.2 钢渣吸附几种重金属的XRD图谱分析110-113
• 3.2.6.3 钢渣吸附几种重金属的扫描电镜分析113-114
• 4 讨论114-117
• 5 小结117-119
• 第五章 PRB工程应用研究119-127
• 1 前言119-120
• 2 材料与方法120-122
• 2.1 实验材料120
• 2.2 实验装置设计和方法120-122
• 3 结果与讨论122-126
• 3.1 模拟PRB柱变化122-123
• 3.2 模拟PRB柱的去除效果123-126
• 4 小结126-127
• 第六章 PPB工程设计127-136
• 1 前言127
• 2 设计概述127-131
• 2.1 反应墙类型选择128-129
• 2.2 反应墙材料筛选129-130
• 2.3 反应墙参数确定130-131
• 3 主要单元设计131-135
• 3.1 主体工程设计131-133
• 3.1.1 反应停留时间t131
• 3.1.2 反应墙厚度B和墙体宽度T131-132
• 3.1.3 使用年限132-133
• 3.2 配置工程设计133-135
• 3.2.1 地面硬化处理、排水沟及护坡建设133
• 3.2.2 监测井及取样井133
• 3.2.3 覆土植草133-134
• 3.2.4 植被绿化134-135
• 3.3 设计图纸及施工说明135
• 3.4 施工效果135
• 4 小结135-136
• 第七章 结论和展望136-139
• 1 研究特色与创新之处136
• 2 主要研究结论136-138
• 3 研究展望138-139
• 附录一 设计图纸及说明139-152
• 参考文献152-165
• 致谢165

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨传举;济钢钢渣综合利用现状和建议[J];中国资源综合利用;2004年12期

2 任玉森,张宏伟,顾德仁,杨广福,陈亮;钢渣在农业领域的应用研究(一)[J];宝钢技术;2005年03期

3 冷光荣,朱美善;钢渣处理方法探讨与展望[J];江西冶金;2005年04期

4 黄勇刚,狄焕芬,祝春水;钢渣综合利用的途径[J];工业安全与环保;2005年01期

5 管建红;宝钢钢渣处理技术的发展及其产品特点[J];冶金丛刊;2005年01期

6 王爱华;;钢渣的综合利用研究[J];中国资源综合利用;2009年12期

7 谷金生;薛军;;钢渣热闷技术及再利用分析[J];鞍钢技术;2010年05期

8 史云娣;王军;谭丕功;;钢渣处理汞污染海水的研究[J];青岛理工大学学报;2011年03期

9 柳培;黄树森;;钢渣综合利用[J];金属世界;2012年05期

10 旷渝训;;钢渣的生成及热闷处理浅析[J];科技信息;2013年24期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 朱桂林;杨景玲;李可;孙树杉;;科学选择钢渣处理工艺,加快钢渣综合利用[A];2005中国钢铁年会论文集（第2卷）[C];2005年

2 宁新周;张计民;张维召;李世兴;王静;;国内钢渣处理和应用方式的调查分析[A];钢铁渣处理利用先进工艺与设备研讨会论文集[C];2006年

3 申桂秋;;钢渣综合利用现状及发展动向[A];全国冶金工业固体废弃物处理利用先进工艺与设备研讨会论文集[C];2007年

4 孙嵬;马刚平;;迁钢钢渣处理工程生产实践研究[A];冶金循环经济发展论坛论文集[C];2008年

5 姜绪华;;钢渣“热泼闷渣”工艺在生产中应用[A];2011年全国冶金安全环保学术交流会论文集[C];2011年

6 叶冰;时秋颖;;浅谈钢渣综合利用途径及处理工艺的选择[A];2011年全国冶金安全环保学术交流会论文集[C];2011年

7 叶冰;;浅谈钢渣处理工艺的选择[A];2012年全国冶金安全环保暨能效优化学术交流会论文集[C];2012年

8 靳松;;钢渣处理方法和有效利用的比较分析[A];全国冶金自动化信息网2010年年会论文集[C];2010年

9 张作顺;徐利华;余广炜;唐卫军;孙鹏辉;郝洪顺;赛音巴特尔;翟伟;;国内钢渣处理方法及资源化利用的研究进展[A];2010年全国能源环保生产技术会议文集[C];2010年

10 王贤慧;朱立江;;钢渣处理国内外的现状及发展趋势[A];2010年全国炼钢—连铸生产技术会议文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 郭品文 通讯员 张浪 张子弘;韶钢50万吨钢渣处理生产线成功试产[N];中国冶金报;2007年

2 记者 郑戈 通讯员 孙学君 董斯;河北钢铁唐钢与哈斯科签约建设钢渣处理生产线[N];中国冶金报;2012年

3 张临峰;“新一代钢渣处理”通过鉴定[N];中国冶金报;2013年

4 骆慧敏 黄伟勋;循环经济是钢渣资源再利用的必由之路[N];中国改革报;2004年

5 唐朝林 陈红霞;攀钢每公斤钢渣都有用[N];中国冶金报;2004年

6 涂露芳;卢沟桥年底告别首钢钢渣山[N];北京日报;2007年

7 本报记者 晁国荣 通讯员 张志发;循环经济的推进者[N];中国冶金报;2006年

8 温静;宝钢一钢钢渣回收率达90%[N];现代物流报;2007年

9 吴紫;宝钢：大型成套装备首次出口[N];现代物流报;2007年

10 本报首席记者 张苓;用先进技术为钢渣“零排放”清障[N];中国冶金报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 张凯;模拟热态钢渣直接熔制微晶玻璃晶化规律研究[D];华中科技大学;2012年

2 宁东峰;钢渣硅钙肥高效利用与重金属风险性评估研究[D];中国农业科学院;2014年

3 崔玉元;钢渣中有价组元回收及资源化利用的基础研究[D];东北大学;2013年

4 谢君;钢渣沥青混凝土的制备、性能与应用研究[D];武汉理工大学;2013年

5 李建新;高温重构对钢渣组成、结构与性能影响的研究[D];华南理工大学;2011年

6 叶国华;从含钒钢渣中提取V_2O_5的新工艺与机理研究[D];昆明理工大学;2010年

7 邱瑞芳;钢渣—粉煤灰复合PRB介质修复地表水中典型污染物的研究[D];山西大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 耿栋健;重构钢渣及性能与应用[D];济南大学;2010年

2 温建;钢渣的活性激发及资源化利用[D];中南大学;2013年

3 魏贤;钢渣对不同轮作制度酸性土壤改良效果及其安全性评价[D];华中农业大学;2015年

4 刘天成;钢渣高效活化及在绿色建材中的应用[D];中南大学;2008年

5 吴杰;钢渣的回收及其利用研究[D];河南理工大学;2011年

6 游润卫;包钢钢渣作为筑路材料的研究[D];西安建筑科技大学;2006年

7 王晓龙;钢渣活化处理试验研究[D];西安建筑科技大学;2007年

8 赵小燕;钢渣回用潜能评价及相关指标体系的研究[D];西安建筑科技大学;2007年

9 宋佳强;钢渣梯级利用的应用基础研究[D];西安建筑科技大学;2007年

10 温金保;钢渣的机械力化学效应研究[D];南京工业大学;2003年

  本文关键词：铅锌矿多重金属污染地下水的原位渗透反应墙修复技术研究与示范，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：308871