还原屏障的渗透性及其生物化学变化

论文摘要

张虎元教授首次提出了还原屏障的概念,即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。还原屏障在学术上是一种创新。本文旨在利用泥污中含有大量有机质和微生物的特性,研究用污泥作为还原屏障材料的渗透性及其物理化学变化规律,以及对重金属Fe、Zn、Cd的固定效果,以便达到以废治废的目的,同时为污泥的资源化利用开辟新途径。本文以兰州大学污水处理厂生活污泥为还原屏障基材,利用柔性壁渗透仪分别在100kPa、200kPa、300kPa的固结压力下进行了固结—渗流试验,得到在这三级固结压力下的平均渗透系数分别为1.1912×10-8cm.s-1,0.8825×10-8cm.s-1,0.6335×10-8cm.s-1。通过对Eh、pH、EC等试验数据的分析研究,得出结论:生活污泥分别在100kPa、200kPa、300kPa的固结压力下有着很小的渗透系数,就渗透性而言,完全可以替代粘土材料(k＜10-7cm.s-1);随着固结压力的增大,试样的干密度增大,渗透性降低;随着渗透性的降低微生物的活动性受到一定抑制;通过对渗出液中目标重金属元素Fe、Zn、Cd的检测发现,Fe的浓度在50天内降至仪器的检测下限（0.02ppm）以下,而Zn和Cd的浓度在试验期间一直处于仪器的检测下限（0.02ppm）以下,这就证明了以污泥作为基材的还原屏障对这三种重金属元素,尤其是Zn和Cd起到很好的固定作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图形目录
• 表格目录
• 1 前言
• 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 研究目标与内容
• 1.2.1 研究目标
• 1.2.2 研究内容
• 1.3 论文提纲
• 参考资料
• 2 文献综述
• 2.1 污泥作为还原屏障基材的缘由
• 2.1.1 污泥的来源
• 2.1.2 污泥的组成
• 2.1.3 污泥中的微生物
• 2.1.4 污泥的处置与资源化现状
• 2.2 微生物在土壤-水体系中的氧化还原过程
• 2.2.1 影响微生物生长的环境因素
• 2.2.2 微生物的新陈代谢
• 2.2.3 微生物的呼吸途径
• 2.2.4 土壤-水体系中的氧化还原反应
• 2.2.5 土壤中氧化还原反应的特征
• 2.2.6 微生物在氧化还原反应中的作用
• 2.2.7 Eh与pH的测量
• 2.3 微生物对重金属的固定作用
• 2.3.1 微生物对重金属的吸附与富集作用
• 2.3.2 微生物对重金属的氧化还原作用
• 2.4 小结
• 参考资料
• 3 土壤的渗透性与微生物活动性的关系
• 3.1 土的渗透性
• 3.1.1 渗透性的定义
• 3.1.2 达西定律及渗透系数的测定
• 3.1.3 固结压力/干密度对渗透系数的影响
• 3.2 渗透系数对微生物活动的影响分析
• 3.3 微生物的活动对渗透系数的影响分析
• 3.4 小结
• 参考文献
• 4 还原屏障试验研究
• 4.1 试验设计
• 4.2 试验仪器及主要仪器介绍
• 4.2.1 试验仪器
• 4.2.2 柔性壁渗透仪介绍
• 4.3 材料与方法
• 4.3.1 试验材料
• 4.3.2 污泥的预处理及基本指标测定
• 4.3.3 柱状样制备
• 4.4 不同固结压力下的固结-渗流试验
• 4.4.1 试验装置
• 4.4.2 试验步骤
• 5 结果与分析
• 5.1 仪器压力稳定性分析
• 5.2 渗透过程中试样的体积变化
• 5.3 不同固结压力下的渗透性
• 5.4 渗透过程中的生物化学变化
• 5.4.1 微生物活动性
• 5.4.2 渗出液离子浓度的变化
• 5.5 还原屏障对重金属的固定效果
• 5.6 小结
• 参考资料
• 6 结论与展望
• 6.1 本文得出的主要结论
• 6.2 本文的研究意义
• 6.3 展望
• 在校期间的研究成果
• 致谢