Fe0+释氧—生物组合反应柱去除2,4-二氯酚试验研究

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CPs在农业、制药业和工业中有广泛的使用,是污染问题的典型代表,他们广泛的用于木材防腐、杀虫剂、除草剂、杀菌剂及重要工业化学品合成媒介。CPs具有毒性高、生物难降解、致癌、致基因突变等特点。氯酚的毒性限制了生物降解,是一类典型的难降解持久性有机污染物POPs,被列为环境优先检测污染物。  自20世纪30年代以来,氯酚成为地下水系统中的十分普遍的污染物。其中,以2,4-二氯酚(2,4-DCP)、2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)和五氯酚(PCP)污染最为普遍。地下水的污染具有隐蔽性及难以逆转的特点,一旦被污染,就很难治理,自然恢复和净化的过程是非常漫长的。因此开展氯酚污染地下水的治理技术的研究是非常必要的。  国外对氯酚污染地下水的治理主要采取抽出-处理法和金属催化还原法。抽出处理方法处理费用高、对环境影响大、处理不彻底,存在拖尾问题。催化还原法虽能使部分氯酚脱氯,产物为苯酚和其他的低氯代酚,但不能从根本上达到无害化处理。  本论文采用Fe0+释氧-生物组合可渗透反应柱降解2,4-二氯酚(2,4-DCP),主要研究内容分为以下几个方面:  1.Fe0体系降解2,4-DCP的试验研究试验采用工厂废弃的铸铁铁屑、炉渣作为主要填料,以铁屑、炉渣及河沙混合介质降解2,4-DCP。试验结果表明:  (1)应用零价铁与2,4-DCP反应的主要机理是Fe0的还原作用,试验发现,铁屑经酸、碱预处理后,对2,4-DCP模拟废水的降解率由40%左右提高至60%以上;在不改变pH条件下,当采用混合填料时,铁屑、炉渣配比达到31∶9时,填料对2,4-DCP的去除率可以高达97%以上;通过铁屑对2,4-二氯苯酚的吸附试验发现,铁屑对2,4-二氯苯酚的吸附效率一般较低,平均为20%左右。因此,吸附并不是铁屑去除2,4-二氯苯酚的主要途径。  (2)试验研究了低CO32-存在下,铁屑对2,4-DCP去除效果的影响,结果表明,在CO32-浓度小于3mg/L条件下,系统对2,4-DCP去除效果的影响并不明显。但是,当CO32-浓度大于3mg/L时,填料对2,4-DCP去除效果有降低的趋势;根据试验结果推断,Fe0体系还原2,4-DCP降解路径一般为2,4-DCP→CP→P。  2.释氧材料的改进技术及效果分析试验研究试验通过在释氧材料中加入膨润土、磷酸二氢钾和硫酸铵等,改进释氧材料的性能。试验结果表明:  (1)试验通过对三种释氧材料的试验对比,结果发现二号释氧材料(过氧化钙:14%、水泥:25%、沙:15%、膨润土:10%、硫酸铵:4%、磷酸二氢钾:2%、水:30%)最佳,该释氧材料的性能得到明显的改善,释氧速率平缓,释氧时间长,总释氧量大,大大延长释氧格栅填料的使用寿命。  (2)试验发现,释氧材料的加入会使溶液pH值显著升高,但通过缓冲剂的加入以及含水层介质的缓冲作用,可以有效的降低溶液中pH值,使pH值达到微生物生长的要求。另外,缓冲剂的添加可以为微生物生长提供了充分的N、P等营养物质。  (3)通过反应柱试验发现,该释氧材料释氧速率缓,起始DO为17mg/L左右,很快就降至10mg/L以下,反应柱运行200多天,DO始终保持在7mg/L左右,生物柱出水DO保持在5mg/L左右;该释氧材料易于制作、成本低廉,所用原料易得。  3.Fe0+释氧-好氧生物组合反应柱降解2,4-DCP的试验研究试验采用Fe0+释氧-好氧生物组合反应柱降解2,4-DCP,试验结果表明:  (1)试验发现,Fe0反应柱运行150天左右,反应柱对2,4-DCP的去除效果基本稳定,出水2,4-DCP的浓度随着运行时间略微有增加的趋势,但基本不会大于1mg/L,2,4-DCP去除率基本可以保持在95%以上;试验期间,Fe0反应柱出水pH值最终基本保持在9左右,反应填料所在区域ORP基本保持为负值,具有良好的还原性;通过对反应柱出水铁离子和氯离子的监测结果发现,反应柱出水存在大量的铁离子和氯离子,证明2,4-DCP与零价铁发生了有效的还原脱氯反应;并且经Fe0体系处理后的出水可生化性得到了提高,BOD5/CODcr由原水的0.17左右提高至0.46,利于后续的生物降解。  (2)Fe0反应柱可以有效的降解2,4-DCP,但出水存在2,4-DCP及其副产物,因此需要与释氧-好氧生物降解柱组合进行修复。2,4-DCP在释氧-好氧生物降解柱中进行降解,出水2,4-DCP的浓度基本低于0.002 mg/L。通过对出水的色谱分析发现,出水基本检测不到2,4-DCP及其副产物的存在。
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