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地下水作为地球上重要的自然资源,对于人类的生产生活有着密切的影响。由于工业废水、废渣不合理排放、农药化肥的大量使用,导致我国地下水污染越来越严重。目前,重金属污染地下水对环境的安全性越来越成为人们关注的焦点,因此,如何更好的修复重金属污染地下水已成为当前非常重要的问题。可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,简称PRB)是地下水污染原位修复的一种有效技术,它的效率在很大程度上取决于反应填料的性质。本研究以粉碎秸秆、合成沸石、黄土源铁锰结核和粉煤灰为可渗透反应墙填料修复模拟重金属Pb/Cd污染地下水,采用响应曲面法对其影响因素进行优化分析;选取Pb/Cd进水浓度和流速两个影响因素进行单因素和混合正交试验,借助SPSS回归模型研究两因素对Pb/Cd修复效果的影响,并对相关数据进行拟合分析;采用PRB柱完成耐久性实验,探究该PRB柱运行的可行性与持续性,并对反应前后填料进行XRD、FTIR、SEM测试研究,考察并推断出四种反应填料对Pb/Cd修复的作用机理和效果。本研究的主要内容如下:(1)以秸秆、沸石、铁锰结核和粉煤灰为填料组建PRB实验装置,完成进水浓度、流速、温度、pH和填料性质等影响因素对Pb/Cd去除率的影响实验。实验内容涉及到:反应填料的选择,反应填料安全性测试分析,PRB实验装置的设计,影响因素实验等。填料性质研究结果显示,铁锰结核的比表面积为121.07m2/g,比表面积较大,而沸石的CEC为117mmol/100g,四种填料均可作为PRB填料进行实验。填料安全性测试表明,四种填料的浸出毒性测试值低于标准值,说明填料是安全可用的。影响因素实验表明,浓度、流速、pH和温度对Pb/Cd去除率均具有较大影响,而添加腐殖化秸秆后Pb/Cd去除率有显著提高。(2)选取响应曲面法进行PRB柱的影响因素优化实验,根据Design-Expert软件中的Box-Behnken设计进行响应曲面分析,完成条件优化。结果如下:Pb/Cd回归模型方差分析中,模型均显著(ρ<0.0001),模型确定系数为RPb2=0.9957和RCd2=0.9839,说明此模型能解释99.57%和98.39%的响应值变化。PRB系统对Pb/Cd离子修复过程的最佳条件为:溶液浓度Pb为7.11mg/L、Cd为0.74mg/L,温度24~25℃、p H为弱酸性,在此条件下,Pb/Cd的去除率最高。(3)对流速和进水浓度进行单因素和混合正交实验,结果表明:该PRB系统可承受最大铅进水浓度为20mg/L(去除率达80%以上),而可承受最大Cd浓度为1mg/L(去除率达75%以上)。利用PRB系统修复模拟Pb/Cd污染地下水,对实验结果进行模拟分析,结果表明:Pb/Cd去除率与进水浓度和流速都有一定的相关性,且Pb/Cd去除率和进水浓度的相关性均比Pb/Cd去除率和流速的相关性高;二元线性回归模型能更好地展示Pb/Cd去除率随进水浓度和流速的变化趋势。(4)采用PRB柱设计耐久性实验并考察反应填料对Pb/Cd的修复效果和机理。结果显示:四种填料在反应过程中起到了不同的作用。根据光谱分析,秸秆表面有大量官能团,猜测与Pb/Cd发生配位络合反应;而铁锰结核的表面变粗糙,可能是反应沉淀所致;粉煤灰和粉煤灰基沸石由于其表面疏松且比表面积大,吸附效果显著。综上可知,四种填料利用物理和化学反应共同作用,实现了Pb/Cd复合污染地下水的深度修复。