过氧化氢辅助可渗透反应墙技术对垃圾填埋场污染地下水的修复效能与水力行为研究

本文系统评估了中试规模H2O2辅助可渗透反应墙（PRB）对垃圾渗滤液污染地下水的修复效果。研究发现H2O2预氧化可实现40–60%化学需氧量（COD）去除，碳层通过催化氧化与吸附进一步贡献42%去除率。BC+Fe3O4组合填料对氨氮（NH4+）去除率达78.6%，并有效缓解沸石层堵塞问题。研究为长期地下水风险管理提供了关键设计依据。

　　

Section snippets

Hydrogeological information

中试试验位于中国东部浙江省某典型山谷型生活垃圾填埋场下游区域。该填埋场于1991至2020年运行，累计接收约3000万吨 municipal solid waste (MSW)。场区及周边岩层裂隙发育显著，渗透性普遍较高。地层序列主要包括杂填土（0–3 m）、砾石层（3–10 m）、节理砂岩（10–17 m）与裂隙岩层（17 m以下）。

Filler materials and chemicals

采用浙江缙云县天然斜发沸石作为NH₄⁺去除介质，粒径8–16目（图S1），其比表面积（SSA）为65.603 m²/g，堆积密度1300–1600 kg/m³，硅铝比约6。可交换碱金属成分（N:Na:Mg:K:Ca=22.62:4.93:3.47:12.74:1）表明其具有优越的离子交换潜力。

Operation conditions

PRB1与PRB2分别于2022年11月17日和2023年1月4日启动运行。受COVID-19限制影响曾临时暂停，最终于2023年6月30日关闭，总运行时长分别为199天和159天。模拟旱季期间，碳层水头差为0.02–0.05 m，沸石层水头差较小（0.01–0.04 m）（图3a）。

Removal capacities

通过浓度与流速监测量化了COD与NH₄⁺的累计去除能力（表1）。PRB1中总COD负荷为17.717 kg，经历三阶段去除：H₂O₂预氧化（26.8%）、碳层（42.2%）与沸石层（12.2%），最终出水仅含初始负荷的18.8%。

Conclusions and suggestions

本研究通过模拟旱雨季八个月运行，得出以下关于H₂O₂辅助PRB系统反应与水力行为的关键结论：

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  COD去除效率呈现浓度依赖性：当源水COD＞75 mg/L时，H₂O₂预氧化可实现40–60%去除率，低于50 mg/L时效果微弱。多孔碳层通过催化氧化与吸附提供约42%额外去除，其中BC+Fe₃O₄（PRB2）表现优于AC（PRB1）。
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  BC+Fe₃O₄通过增强生物活性实现78.6% NH₄⁺去除（AC仅30.8%），有效保护沸石离子交换容量。
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  对流-扩散-吸附模型精准描述NH₄⁺迁移，但因复杂氧化反应低估早期COD峰值。共存污染物使阻滞因子降低一个数量级。
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  前端碳层堵塞主要源于暂时性O₂积累与CaCO₃/Fe/Mn氢氧化物沉淀，而沸石与后端碳层则以生物活性与潜在N₂气积累为主导。碳层渗透性降低80%，沸石层降低50–75%，但操作可控性良好。