多环芳烃(PAHs)是焦化厂、煤气厂和木材防腐厂等遗留工业场地的特征地下水污染物。它们水溶性极低,吸附在含水层介质上,形成持久的污染源。传统的可渗透反应墙(PRB)多采用零价铁或活性炭。零价铁对PAHs无效;活性炭仅有吸附功能,易饱和。本研究提出一种兼具化学氧化、吸附和生物降解三重功能的新型PRB复合反应介质。该介质由碱活化过硫酸盐(提供强氧化能力)、改性生物炭(提供巨大比表面积和优越的吸附性能,并作为微生物的载体和保护体)和经驯化的PAHs降解菌群三者科学配比而成,并辅以碳酸氢钠作为碱活化剂和pH缓冲剂,硫代硫酸钠作为氧化过程的缓释控制剂。
静态批次实验表明,该复合介质对水中菲(PHE)和芘(PYR)的去除率在24小时内可达99%以上,去除速率和容量都远高于单一功能的介质。柱实验运行了300天,模拟地下水流经复合介质PRB的情景。在进水PHE和PYR总浓度为2mg/L、空床接触时间24小时的条件下,出水PAHs浓度始终低于0.02μg/L,去除率稳定在99.99%以上。对反应柱的解剖分析揭示了协同机理:在PRB上游区,化学氧化起主导作用,过硫酸盐被激活产生自由基,将大部分PAHs分子开环、氧化为小分子中间产物。在下游区,生物炭吸附并富集了残余的PAHs和氧化中间产物,其表面的专性降解菌则持续地对这些被吸附的污染物进行缓慢的生物降解,同时使生物炭的吸附位点得到部分再生。
整个运行周期内,反应柱的渗透系数仅下降了约20%,远优于单独使用化学氧化柱(因沉淀堵塞下降>60%)。微生物群落分析证实,下游区生物炭表面富集了高丰度的PAHs降解菌属(如Sphingomonas、Mycobacterium等)。该复合介质的设计成功地将快速化学氧化与长效生物修复耦合于一个可渗透的PRB结构中,实现了对地下水中PAHs的高效、长效、彻底的原位修复。
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