环境 催化 地下水处理

第3期崔俊芳等:地下水有机污染处理的渗透性反应墙技术365214 环境相容性

研究发现,Mg0,Sn0和Zn0有降解CCl4的能力,但在考虑这些金属作为Fe0的替代物之前,首先应考虑这些有毒金属的溶解和氯代反应产物的不完全降解等,因为反应介质不应该导致有害副产品进入地下水。

除了上述条件外,另一个值得考虑的因素就是成本和费用,Fe2Pd双金属的室内研究表明,它们对TCE的降解速率较单独用铁时的速率增长了两个数量级,同时也可以加速难降解有机物的降解。然而,由于Pd的高成本,一般不在现场治理污染羽状体时应用,所以目前Fe0被广泛应用在室内实验和现场[25~27]。

3 反应墙的降解机理

渗透性反应墙的去除机理分为生物的和非生物的两种,主要包括吸附、沉淀、氧化2还原和生物降解,但人们对去除水中有机物最感兴趣的还是还原性脱氯,即应用氧化2还原反应使有机物降解为无毒害的物质。另外,渗透性反应墙的反应介质较多,目前最常用的是零价铁屑。零价铁发生氧化2还原反应,产生电子活性将氯化物转化为潜在的无毒物质。虽然其它的反应介质也能产生类似的反应,但是反应速率不同,以下以铁为例介绍其反应的机理。Sweey认为,尽管存在其他降解机理,但主要是卤素原子被氢原子取代,

Fe+H2O+RCLyRH+Fe2++OH-+CL-

卤素原子被氢氧基取代Fe+2H2O+2RCLy2ROH+Fe+H2+2CL

Fe+2H2Oy2OH-+Fe2++H2

2Fe+O2+2H2Oy4OH+2Fe-2+2+-(1)(2)(3)(4)铁被水消耗,这个反应进行很慢。如果地下水进入反应单元过程中有氧存在,铁会被氧化并产生氢氧根离子式(4)。即

铁会以Fe(OH)2或Fe(OH)3形式沉淀,阻碍反应的进一步进行。因此,在地下水进入反应单元之前,应采取措施降低或消除水中的溶解氧。一旦去掉溶解氧,像TCE这样的有机氯化物由于卤素的存在而处于氧化状态,铁可以通过电子转移与有机氯化物反应,主要产物是乙烯和氯化物,如下式所示:

3Fey3Fe2++6e-

C2HCL3+3H++6e-yC2H4+3CL-

3Fe+C2HCL3+3H+yC2H4+3CL-+3Fe2+

上述几个反应都产生OH-,所以会使反应单元中水的pH值升高,pH值升高会导致TCE降解速率的降低[28]。其间接影响是易形成氢氧化物沉淀而将铁的表面包围起来,从而降低了铁的活性和反应单元的导水性。在天然地下水中,溶解的碳酸及重碳酸盐起了缓冲体系的作用,限制了pH值的升高和沉淀的生成。在碱性条件下,大量CO2-形成FeCO3沉淀,反应到一定程度时,CO2-33达到平衡,则不能限制pH值的升高。

-2-H2CO03+2OHyCO3+2H2O(5)(6)

(7)HCO-3+OH-yCO2-3+H2O

4 应用实例

表1介绍了渗透性反应墙在世界各地试验的情况,及其良好的应用效果。例如,在北卡罗来纳州,地下水中检测出铬的含量大于10mg/L,TCE大于19mg/L,污染羽状体经过反应墙后,铬的浓度小于011mg/L,TCE的浓度小于5Lg/L。目前的研究和实际应用过程中,反应介质大都是采用铁屑,将其放置在挖掘好的沟槽或地下的沉箱中,安装形式分为连续反应墙或隔水漏斗-导水门式。另外,从目前的实际应用情况来看,沟槽式反121