基于PRB技术污水处理的研究
作者单位：兰州大学
学位级别：硕士
导师姓名：翟红林
授予年度：2021年
学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学]
摘 要：人类正处于一个科学技术飞速发展的时代,各行各业的工业化程度也在持续进步,这些发展和进步不仅提高了人类的物质生活,并且对环境带来造成了各种程度的污染和破坏,最常见的污染有,工厂生产废物的随意排放、城市生活垃圾的增加等多方面的因素都会对水资源造成很大的污染。当这些污染从地表水蔓延到地下水时,各种各样的污染不光破坏了自然生态环境,还威胁到现在人类的身体和健康,所以水污染已经受到更多人的关注。如何对已经污染的水资源进行修复,使我们当今社会迫切面临解决的关键性问题。可渗透性反应墙(Permeable Reactive Barriers,PRB)是现在我们进行污水修复处理所选择的主要方法,但是处理设备使用周期长、维修和运行成本低,所以得到各国广泛的关注。PRB技术是在高污染地域的关键位置安装除污净化装置,并且需要在净化装置中根据水质污染情况填入合适的反应介质,当污染水流过反应墙时,其装置里的填充的物质会通过发生降解、吸附、沉淀等反应除去污水中的金属、有机物等。本论文设计的反应介质是由以下物质的混合物组成的:沸石、活性炭、Fe,并利用这种反应介质构建一套实验室环境下的小型可渗透性反应墙装置,然后将这套装置对污染的地下水进行净化,研究并分析整个净化过程中的影响结果的因素,最后通过对影响因素的研究,找到最优的反应条件。主要内容为:1.利用单一介质对被污染的水体中的化学需氧量(COD)和氨氮进行处理。结果表明:沸石对COD的处理效果较差;活性炭的较好;零价铁粉的处理效果和其粒径反相关,其粒径越小处理效果越好,对COD的处理能力介于沸石和活性炭之间。从对被污染水体的氨氮处理效果来看,零价铁粉处理能力最差,沸石的处理能力最好,活性炭处理能力介于两者之间。2.将活性炭、沸石、零价铁三种介质按一定比例混合,利用混合反应介质对被污染的水体中的COD和氨氮进行处理,并对处理效果进行分析。通过相关实验研究表明,当三种介质混合配比为1:1:2时,对COD的处理效最好;当混合配比为1:2:1时,对氨氮处理效果最好。3.由于不同的污水酸碱度有很大区别。通过实验发现:当污水处于碱性条件下,该装置对氨氮类污染物质的处理效果是最好的,而酸性环境中对COD的处理效果最好。4.综合考虑经济、环境、各组分浓度等因素对PRB污水处理系统的影响,利用正交试验设计确定了最佳反应介质配比,通过设计的小型PRB装置,并对正交试验的数据进行对比、验证得出相应的结论;(1)通过试验可以发现,活性炭和零价铁的交互作用对污染水质中COD的处理效果影响较大,而且活性炭的含量和铁粉粒径的大小都对实验结果都有较大的影响。(2)通过正交优化实验,最终确定最优方案为:当零价铁粉含量为20%,活性炭含量为40%,零价铁的粒径为120目时,通过小型PRB试验得出这一方案对污水中COD处理速度很快,第六天就可以去除污水中80.3%的COD。(3)随着污染物累积增多,在试验进行六天后,污水中有机物的浓度发生波动。这是因为附着在反应介质上的化合物会阻隔反应介质和污水中污染物接触,进而使整个PRB系统处理效率下降。因此如何解决反应介质被隔离的问题是目前PRB系统设计迫切要解决的问题。
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