新型DBPRBs系统修复地下水渗滤液污染物模型及机理研究

针对垃圾填埋场渗滤液渗漏造成土壤及地下水等环境污染问题，采用静、动态实验方法，对雾化钢渣（PS球）和生物橡胶活性材料的去除污染物性能进行实验分析，借助SEM-EDX和Zate电位仪等分析仪器揭示该活性材料修复渗滤液污染物的微观机理，研究可有效去除复合污染物的双层生物活性可渗透反应墙系统（DBPRBs）。基于渗流理论、生物化学反应理论及溶质运移理论，构建DBPRBs修复过程的渗流-生物化学-溶质运移耦合动力学模型，并给出有效数值解法；最后，将微观机理分析与宏观（实验和数学）模型研究相结合，建立一套可考虑渗流、吸附解吸、生物化学等多种机制的DBPRBs修复机理和方法。本项目研究成果揭示污染地下水的PRB修复机理，对发展和完善地下水污染控制及环境流体力学理论，促进我国地下水污染的PRB修复产业发展具有重要的理论意义和实用价值。

本项目针对渗滤液渗漏造成土壤及地下水等环境污染问题，首先，采用静、动态实验方法，对钢渣、橡胶粒、沸石、麦饭石、铁屑、无烟煤等活性材料去污性能进行分析，分别构造了双层可渗透性反应墙（DPRB）、双层生物可渗透性反应墙（DBPRB）和强化垂直流PRB的系统实验模型，研究了活性材料优化组合和协同去污性能。实验表明，钢渣+沸石（质量比1:1）的DPRB模型对COD、NH4-N、Mn2+、Fe2+有83.6%、95.8%、98.6%、99.7%的最好去除率；胶粒+SRBD（质量比1:2）的DBPRB模型对COD、SO42-、NH3-N、Fe2+、Mn2+有69.5%、82.5%、25%、92.6%、70%最好去除率；铁屑+生物麦饭石（质量比1:2）的DBPRBs模型对Cr（Ⅵ）、NO3-_N有97.7%、97.34%最好去除率；无烟煤、沸石、钢渣（质量比1:1:1）的强化垂直流PRB模型对NH4+-N、NO3--N、NO2--N、COD、PO43--P有96.12%、30.36%、75.24%、39.03%、30.47%最好去除率。其次，利用Zate电位仪、SEM-EDX仪器并结合实验结果分析表明，DPRB模型中，因该体系能协同调节pH值，可提高沸石吸附饱和容量并利于微生物生长。DBPRB模型中，胶粒的良好比表面积和吸附能力，可为SRBD生长提供适宜环境，促进SRB异化还原；DBPRBs模型中，铁屑释氢能为微生物生长提供电对，麦饭石双向调节pH能力和释放微生物生长所需微量元素能够促进生物活性；强化垂直流PRB模型中，填料的组合顺序对PRB净化能力有较大的影响，无烟煤+沸石+钢渣顺序可实现垃圾渗滤液多种污染物同步有效去除。最后，基于渗流和溶质运移理论，建立了渗滤液污染物的PRB修复动力学数学耦合模型，数值模拟表明，有PRB修复系统的污染物浓度衰减可高达80%，且能延缓地下水中污染物的迁移速度，证明了PRB修复模型的有效性。本项目研究成果为PRB活性材料的选择提供了科学依据，进一步证明了不同的活性材料组合对不同的特征污染物有不同的最好去除率，同时揭示了生物橡胶粒、生物麦饭石等生物、非生物协同作用下PRB修复机理，对发展和完善PRB修复理论具有一定的参考意义。.相关结果，发表论文计16篇，EI检索1篇，一篇被评为“辽宁省自然科学学术成果三等奖”，申请发明专利2项，培养研究生8名。