还原屏障控制重金属活动的生物地球化学机理

论文摘要

还原屏障是指强化了微生物厌氧反应的人工防渗层,在废弃物处置设施中主要用来阻隔和包封重金属污染物,它将环境工程与岩土工程相结合,拓宽了环境岩土工程的研究领域。本研究旨在研究微生物引起的氧化还原作用对垃圾填埋场中重金属自然衰减的影响,并进一步阐述还原屏障控制重金属的生物地球化学作用的机理。垃圾填埋场渗滤液中含有大量的有机物,可以作为微生物的营养物质,从而引起一系列的氧化还原反应。微生物引起的氧化还原反应强烈影响着从填埋场渗滤出重金属的行为。但是,至今为止,有关生物地球化学作用对重金属活动性的影响的文章发表的很少。为了达到这个研究目的,本文通过改良的批式吸附试验,培养污泥中的原生微生物并分析微生物作用对土悬液中Eh和pH的影响,以Fe,Zn和Cd作为目标重金属,研究微生物作用导致的厌氧环境对重金属活动性的影响,并分析相关作用机制。临界氧化还原电位的概念可以把理论氧化还原电位和实测氧化还原电位联系起来,并通过比较实测氧化还原电位与临界氧化还原电位来确定土悬液中发生的主导氧化还原反应类型。根据试验数据和理论分析,表明微生物的活动对土悬液的Eh和pH会产生较大的影响;微生物作用导致的厌氧还原性条件可明显降低重金属的活动性;在不同的氧化还原阶段,控制重金属活动性的作用机制是不同的。文献综述揭示,微生物活动引起的氧化还原反应对垃圾渗滤液中重金属的活动性有很大的影响,特别是厌氧还原环境,给填埋场、粘土衬垫层以及垃圾渗滤液污染羽中重金属的有效衰减提供了一个总体框架。试验研究结果表明,还原屏障中的微生物厌氧活动可以提高许多重金属的自然衰减进程,从而降低填埋场对环境的威胁。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图件目录
• 表格目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 还原屏障的概念及其控制金属污染物迁移的基本模式
• 1.1.2 还原屏障的意义
• 1.2 研究目标和内容
• 1.2.1 研究目标
• 1.2.2 研究内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 污泥的基本性质及资源化利用现状
• 2.1.1 污泥的分类
• 2.1.2 污泥的性质
• 2.1.3 污泥的处理处置与资源化利用现状
• 2.2 固体废弃物填埋处置与包封屏障
• 2.2.1 固体废弃物的卫生填埋
• 2.2.1.1 卫生填埋场的组成
• 2.2.2 填埋场气体
• 2.2.2.1 填埋场气体的产生
• 2.2.2.2 填埋场气体对环境的影响
• 2.2.3 垃圾渗滤液
• 2.2.3.1 垃圾渗滤液的产生和组成
• 2.2.3.2 垃圾渗滤液的危害
• 2.2.3.3 垃圾渗滤液污染国外研究现状
• 2.2.3.4 垃圾渗滤液污染国内研究现状
• 2.2.4 废弃物包封屏障系统的设计与发展趋势
• 2.2.4.1 底部衬垫系统
• 2.2.4.2 污染物阻隔屏障
• 2.2.4.3 废弃物包封屏障系统的发展趋势
• 2.3 垃圾填埋场中重金属的自然衰减
• 2.3.1 影响重金属衰减的机制
• 2.3.2 Fe还原在重金属衰减过程中的作用
• 2.3.3 硫的还原在重金属衰减中的作用
• 2.3.4 氧化还原反应对重金属活动性的影响
• 本章小结
• 第三章 土-水体系中微生物引起的氧化还原反应
• 3.1 微生物在地下环境中的作用
• 3.1.1 地下环境中微生物的代谢机理
• 3.1.2 微生物活动对地下环境的影响
• 3.2 土-水体系中的氧化还原反应
• 3.2.1 氧化还原反应
• 3.2.2 土的氧化还原状态特征
• 3.2.3 微生物在氧化还原反应中的作用
• 3.2.4 氧化还原电位的校准和测定
• 3.3 生物地球化学作用导致的污染羽分带
• 本章小结
• 第四章 还原屏障控制重金属活动的机理试验
• 4.1 背景
• 4.2 试验设计
• 4.3 试验仪器和试剂
• 4.3.1 试验仪器
• 4.3.2 试剂
• 4.4 试验材料和方法
• 4.4.1 污泥取样
• 4.4.2 污泥预处理及基本性质测定
• 4.4.3 试验方法
• 4.4.3.1 改良的批式吸附试验
• 4.4.3.2 阴阳离子浓度的测定
• 4.5 试验结果和分析
• 4.5.1 好氧试验
• 4.5.2 厌氧试验
• 4.5.3 深度还原试验
• 4.5.4 主导氧化还原反应
• 4.6 实际潜在意义
• 4.7 还原屏障的工作机理
• 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在校期间的研究成果
• 致谢