树脂改性纳米铁修复铅污染地下水的研究

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1、树脂改性纳米铁修复铅污染地下水的研究StudyonRemovalofPbinPollutedGroundwaterbyResin-modifiedNanoscaleZero-valentIron作者姓名：白雪梅专业名称：环境工程指导教师：董军教授合作导师：何连生正高级工程师学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月28日摘要地下水是水资源的重要组成部分，是解决我国工业、农业、生活用水的重要资源。近几十年，经济粗放式发展使得对自然资源开发利用强度日渐增大，地表水污染严重，地下水环境也遭受不同程度的污染。重金属是地下水中一种重要的污染物。重金属高稳定、难以降解的特性使得地下水重金属污

2、染具有危害不可预测的特点。铅作为典型的重金属污染物，是著名的“五毒”之一，具有致畸、致癌、致突变的“三致”特性，随着铅污染事件增多，铅污染地下水修复势在必行。零价铁简单易得、反应性强，可与多种污染物发生反应，零价铁处理环境污染物成为近年来十分活跃的研究领域。纳米级零价铁粒径小、比表面积大、表面能大，在保持零价铁化学性的基础上具有更高的反应活性、强还原性及吸附性，但是纳米铁易团聚、稳定性差，抗氧化性差的特点使其在应用中受到局限，因此纳米铁的改性成为了必然。本研究讨论树脂改性纳米铁应用于铅污染地下水修复的可行性，并且在静态批实验的基础上，构建有机玻璃柱反应装置，研究动态条件下的修复效

3、果，研究成果如下：（1）对实验所用树脂纳米铁进行SEM和XRD表征，确定其形态、主要成分及稳定性，结果表明粒子粒径约为50-200nm，整体呈絮状排列，主要成分为Fe(0)，具有很强的空气稳定性及抗氧化性，在空气中，暴露条件下可稳定存放60天以上；（2）研究树脂纳米铁对铅污染地下水的修复效果，确定反应基本条件，探究反应动力学及反应机理。结果表明，树脂纳米铁对铅污染物的去除符合准一级动力学方程，其机理为混凝吸附和表面还原共同作用。树脂纳米铁对铅的去除率受多种因素影响，随树脂纳米铁投加量增大、初始污染物浓度减小铅的去除率增加；水体中的DO作为电子受体可以与Fe(0)发生反应，与Pb2

4、+竞争电子，因此地下水无氧环境有利于反应的进行；初始pH不同，处理效果略有不同，pH过大或过小均不利于反应进行，本实验中最适pH为4；（3）研究常见地下水离子Cl-、SO2--2+2+4、HCO3、Ca、Mg对树脂纳米铁修I复铅污染地下水的影响。地下水离子成分存在时，树脂纳米铁对铅污染物的处理仍符合准一级动力学方程，但是，速率常数大小与离子种类和浓度均有关系；SO2---4和Cl可以破坏纳米铁表面钝化层或形成绿锈，促进铅的去除；HCO3存在时与Pb2+生成PbCO-3沉淀，反应初期就使污染物浓度大量减少，而且HCO3的pH缓冲性也促进了反应的进行；Ca2+和Mg2+容易与地下水中

5、的OH-生成沉淀，抑制反应进行，且Ca2+的抑制作用强于Mg2+。（4）在前期批实验的基础上，利用石英砂为主要填充介质，构建有机玻璃柱反应装置，模拟水体流动状态下污染物的运移及修复过程，讨论树脂纳米铁用量、添加活性炭及不同地下水流速对铅污染地下水修复效果的影响。增加树脂纳米铁粉用量，可强化修复效果；添加活性炭促进污染物去除，但反应初期出水可溶性总铁浓度很高，可能引起地下水铁超标；地下水流速增大会降低污染物与树脂纳米铁的接触时间，因此降低污染物的去除率。关键词：地下水；铅；树脂纳米铁；修复IIAbstractGroundwaterisanimportantpartofwaterre

6、sources,andisanimportantresourceindealingwiththeissueofwaterscarcityinindustry,agriculture,domesticwaterinourcountry.Groundwaterischaracteristicofwidedistribution,stablewaterquantity,andbetterwaterquality.Inrecentdecades,thegrowingeconomymadethehumanexploitationofnaturalresourcesincreasingly,

7、sothatthegroundwatersufferedvaryingdegreesofcontamination.Highstability,harddegradablepropertiesofheavymetalmakeheavymetalsingroundwatersufferunpredictabledangers.Asatypicalheavymetalpollutant,leadisoneofthefamous"topfive",whichhasteratogenic