生物固定化双层PRB技术去除地下水中MTBE的研究
发布时间：2020-11-09 06:08
可渗透反应格栅(Permeable Reactive Barrier,PRB)是一种新兴的地下水原位修复(in situ remediation)技术,能够有效去除地下水中各类污染物质。本文首先建立污染物在土壤—地下水环境中迁移转化基本控制方程,并针对所提出的生物固定化双层PRB结构设计,从过程参数、相间传质、生物降解和流体力学等方面对地下水中甲基叔丁基醚(MTBE)的复杂修复过程进行了系统研究。 由吸附平衡实验确定了MTBE在不同粘性土壤中的吸附行为为线性关系;通过土柱弥散实验计算得到MTBE在夹砂粉质粘土中的弥散系数和阻滞系数,由阻滞系数仅为1.004可知土壤对MTBE几乎没有任何截留和净化能力。 用渗透仪获得微生物固定化载体—膨胀珍珠岩的渗透特性;通过静态间歇实验确定了MTBE在膨胀珍珠岩中的吸附规律符合Freundlich模型,且为一吸热过程,能够自发进行;采用摇瓶振荡法,确定了MTBE好氧降解条件:温度20～25℃、pH8.0、接种量1∶10(V/V)。 对过氧化钙(CaO2)释氧过程中的pH调节表明,一定配比的KH2PO4和(NH4)2SO4可将pH值控制在6.5～8.5范围;电气石和饱和区土壤作为辅助调节手段可减少缓冲剂用量,避免地下水二次污染;通过测定混合菌的生长曲线,确定CaO2及其相应配比的培养基能够满足好氧微生物的新陈代谢需要。 采用土柱实验研究了MTBE在双层PRB系统中的去除过程。通过对pH、溶解氧(DO)、MTBE和叔丁醇(TBA)的浓度监测发现,释氧材料层能够为系统中微生物提供足够的DO含量和适宜的pH环境;固定有微生物的降解层不仅可以去除模拟地下水中的MTBE,其降解产物TBA经历一段积累期后也进一步发生了降解。根据污染物在地下水环境中迁移转化基本控制方程,建立了包含对流、水动力弥散、相间传质及生物降解作用的一维PRB传质模型。通过比较模型计算结果和土柱实验数据,表明本文模型能够描述实验室的PRB修复过程。 基于连续性方程和多孔介质流体动量方程及MTBE迁移转化模型,采用有限元方法求解,对PRB系统捕获区宽度的各种影响因素、MTBE在PRB系统及其附近区域的浓度分布场进行了二维模拟。模拟结果可用于指导现场PRB及其附属设施的设计、安装以及地下水修复效果的正确评价。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2007
【中图分类】：X703
【部分图文】：
术并不能从根本上去除污染环境中的 MTBE，还有可能造成空气中 MTBE 的富集。另外考虑到植物根系的触及范围和现场生态环境等因素的影响，利用植物对较深污染土壤和地下水修复的可行性仍有待考察。1.2.4 生物降解近年来国外兴起的原位生物修复油污染土壤的研究与实践促进了环境微生物降解MTBE的研究。早期的研究表明，MTBE在厌氧和好氧条件下均难以被微生物降解[65]，但最近大量的研究发现，在诱导菌或共代谢基质存在下，MTBE可以被某些菌种迅速降解，且好氧条件下的代谢速度快于厌氧条件[66-85,13]。Hatzinger等[75]根据检测到的中间产物提出了MTBE好氧生物降解的可能途径，如图 1-2 所示，其中虚线表示仍未确定的降解途径。MTBE在好氧条件下首先发生加氧酶反应，之后或在脱氢酶作用下生成TBF，TBF水解进一步转化为TBA；或在歧化作用下直接生成TBA。
现场PRB系统示意简图
污染组分与活性介质发生吸附、沉淀、降解等作用，达到治理污染地下水的目的。图1-4 为典型的垂直式 PRB 系统示意图。在一些情况下，污染地下水羽位于含水层的上部，如污染源为包气带的轻质非水相液体（Light Non-Aqueous Phase Liquids, LNAPL）或挥发性液体，那么PRB系统只需截断羽状体即可。在某些特殊情况下，重质非水相液体（DenseNon-Aqueous Phase Liquids, DNAPL）穿过含水层后进入粘土层。由于粘土层中发育很多裂隙，使得DNAPL穿过粘土层继续向下迁移，此时若采取垂直式PRB系统显然无法截断污染羽状流，治理功能失效。为此可以在羽状流前端的裂隙粘土层中，采用水压致裂法修建一水平式PRB系统，就可达到与前者同样的治理效果[112]。图 1-5 为水平式PRB系统示意图。13
【引证文献】
本文编号：2876010
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2007
【中图分类】：X703
【部分图文】：
术并不能从根本上去除污染环境中的 MTBE，还有可能造成空气中 MTBE 的富集。另外考虑到植物根系的触及范围和现场生态环境等因素的影响，利用植物对较深污染土壤和地下水修复的可行性仍有待考察。1.2.4 生物降解近年来国外兴起的原位生物修复油污染土壤的研究与实践促进了环境微生物降解MTBE的研究。早期的研究表明，MTBE在厌氧和好氧条件下均难以被微生物降解[65]，但最近大量的研究发现，在诱导菌或共代谢基质存在下，MTBE可以被某些菌种迅速降解，且好氧条件下的代谢速度快于厌氧条件[66-85,13]。Hatzinger等[75]根据检测到的中间产物提出了MTBE好氧生物降解的可能途径，如图 1-2 所示，其中虚线表示仍未确定的降解途径。MTBE在好氧条件下首先发生加氧酶反应，之后或在脱氢酶作用下生成TBF，TBF水解进一步转化为TBA；或在歧化作用下直接生成TBA。
现场PRB系统示意简图
污染组分与活性介质发生吸附、沉淀、降解等作用，达到治理污染地下水的目的。图1-4 为典型的垂直式 PRB 系统示意图。在一些情况下，污染地下水羽位于含水层的上部，如污染源为包气带的轻质非水相液体（Light Non-Aqueous Phase Liquids, LNAPL）或挥发性液体，那么PRB系统只需截断羽状体即可。在某些特殊情况下，重质非水相液体（DenseNon-Aqueous Phase Liquids, DNAPL）穿过含水层后进入粘土层。由于粘土层中发育很多裂隙，使得DNAPL穿过粘土层继续向下迁移，此时若采取垂直式PRB系统显然无法截断污染羽状流，治理功能失效。为此可以在羽状流前端的裂隙粘土层中，采用水压致裂法修建一水平式PRB系统，就可达到与前者同样的治理效果[112]。图 1-5 为水平式PRB系统示意图。13
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 邓海静;地下水石油烃生物降解特性及室内模拟修复效果研究[D];吉林大学;2011年
本文编号：2876010
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