CN102491502A - 一种地下水修复用缓释氧材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下水修复用缓释氧材料及其制备方法，属于处理污水用材料领域。一种地下水修复用缓释氧材料，它包括内核材料和外壳材料；所述的内核材料是由释氧剂、塑性粘结矿物、pH缓冲剂和高渗透性材料组成；外壳材料是由塑性粘结矿物、pH缓冲剂、高渗透性材料组成。一种地下水修复用缓释氧材料的制备方法，其步骤为：（1）除高渗透性基料外的原料全部粉碎；（2）高渗透性基料原料中除石英砂外全部粉碎；（3）充分混合均匀，造粒；（4）添加外壳材料；（5）养护。本发明的材料可以有效地增加地下水环境中的溶解氧含量，使地下水中的溶解氧达到所需要求。
Description
技术领域
本发明属于处理污水用材料领域，更具体地说，涉及的是一种用于地下水污染修复用的材料及其制备的方法。
背景技术
地下水是存在于地表以下岩（土）层空隙中的各种不同形式水的统称。地下水主要来源于大气降水和地表水的入渗补给；同时以地下渗流方式补给河流、湖泊和沼泽，或直接注入海洋；上层土壤中的水分则以蒸发或被植物根系吸收后再散发入空中，回归大气，从而积极地参与了地球上的水循环过程，以及地球上发生的溶蚀、滑坡、土壤盐碱化等过程，所以地下水系统是自然界水循环大系统的重要亚系统。
地下水作为地球上重要的水体，与人类社会有着密切的关系。地下水的贮存有如在地下形成一个巨大的水库，以其稳定的供水条件、良好的水质，而成为农业灌溉、工矿企业以及城市生活用水的重要水源，成为人类社会必不可少的重要水资源，尤其是在地表缺水的干旱、半干旱地区，地下水常常成为当地的主要供水水源。
由于地下水环境中的溶解氧含量很低，特别是受到地下环境中的有机污染物，无机污染物以及重金属污染物的影响，溶解氧含量进一步被消耗。原位生物需要溶解氧供给来满足因此溶解氧的补充是地下环境中原位修复的关键。
传统地下水溶解氧的输送主要包括地下水曝气法、纯氧注入法、臭氧引入法、过氧化氢引入法等，但由于受到成本，修复效率，修复周期以及二次污染等问题的影响，往往存在一定的缺陷。
发明内容
发明要解决的技术问题
针对现有技术中释氧材料强度过低、释氧材料使用后易引起地下水pH值较高以及释氧材料释氧周期较短等地下水修复过程中存在的问题，本发明提供了一种地下水修复用缓释氧材料及其制备方法。
技术方案
发明原理：利用过氧化物（过氧化镁、过氧化钙）遇水释放氧气的特性，缓慢补充地下环境中的溶解氧含量。同时，由于过氧化物相对其他补氧方法，还有价格低，无污染的环境友好优势，故在本发明中大量采用。
本发明的技术方案如下：
一种地下水修复用缓释氧材料，它包括内核材料和外壳材料；
所述的内核材料是由下列组分按重量百分比组成：20～80%释氧剂、10～40%塑性粘结矿物、1～30% pH缓冲剂、1～30%高渗透性材料组成；所述外壳材料是由下列组分按重量百分比组成：20～80%塑性粘结矿物、10～50% pH缓冲剂、1～50%高渗透性材料组成。
所述的释氧剂包括过氧化钙、过氧化镁这两种基料中的一种或者两种。
所述的塑性粘结矿物为普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、凹凸棒石、蒙脱石四种中任一种或者多种的组合。
其中的pH缓冲剂包括粉煤灰、电气石、高岭土中任一种或者多种的组合。
所述的高渗透性材料包括石英砂、硅藻土、膨胀珍珠岩中任一种或者多种的组合。
一种地下水修复用缓释氧材料的制备方法，其步骤为：
（1）将所述材料的组成成分中除高渗透性材料外的原料全部粉碎至200目备用；
（2）将所述材料的组成成分高渗透性材料原料中除石英砂外全部粉碎至50目备用；
（3）将各种内核原料充分混合均匀，在造粒机中加水滚动至球型，直至达到预期粒径0.5～3cm ；
（4）在内核材料滚动至预期粒径后，添加外壳材料，使内核材料表面外壳的厚度0.05cm；
（5）将球形材料放置于密闭空间中养护2～3天，直至缓释氧材料的颗粒强度达到20～50N/颗的测试水平，且其硬度能达到在水中长时间浸泡而不碎的程度。
本发明中将各种原料分为释氧剂、塑性粘结矿物、pH缓冲剂和高渗透性材料四大类。释氧剂主要为地下环境提供溶解氧；塑性粘结矿物主要起到塑性成球造粒的作用；pH缓冲剂能调节地下环境中的pH使之达到微生物生长所需要求；高渗透性材料使释氧材料内外空隙联通，达到一定的渗透率，从而控制缓释氧材料的释氧速率。
有益效果
相比于现有技术，本发明具有以下技术优势：
（1）本发明的材料可以有效地增加地下水环境中的溶解氧含量，使地下水中的溶解氧达到所需要求，即缓慢为地下水原位修复提供氧源，配合原位微生物的使用达到去除地下水污染物的目的；
（2）本发明的地下水修复用缓释氧材料的制备方法，成本低，且对环境无污染，相比于其他补氧方法，优势明显。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来进一步介绍本发明。
实施例1
配比本发明的地下水修复用缓释氧材料，内核材料中各成分的重量配比为：60%过氧化镁；12%普通硅酸盐水泥、8%凹凸棒石；4%高岭土、6%电气石；3%石英砂、7%硅藻土。
添加外壳材料，外壳材料各成分的重量配比为：12%普通硅酸盐水泥、31%蒙脱石；15%粉煤灰、35%电气石；2%石英砂、5%硅藻土。
其中，内核粒径0.5cm，外壳厚度0.05cm。将球形材料放置于密闭空间中养护2天。
粒径在0.55cm时颗粒强度约为30N。投加量2g/L的静态试验中，溶解氧在20天达到静态平衡，为10mg/L，pH为10.3～10.5，释氧周期6个月。在流速为5ml/min，投加量40g的动态试验中，出水溶解氧为3.2mg/L，pH为8.1～8.2。
实施例2
配比本发明的地下水修复用缓释氧材料，内核材料中各成分的重量配比为：50%过氧化镁；11%普通硅酸盐水泥、11%复合硅酸盐水泥、10%凹凸棒石；3%高岭土、3%电气石 、2%粉煤灰；3%石英砂、2%硅藻土、5%膨胀珍珠岩。
添加外壳材料，外壳材料各成分的重量配比为：12%普通硅酸盐水泥、10%复合硅酸盐水泥、10%凹凸棒石、11%蒙脱石； 15%粉煤灰、20%电气石、15%高岭土；2%石英砂、2%硅藻土、3%膨胀珍珠岩。
其中，内核粒径0.67cm，外壳厚度0.05cm。将球形材料放置于密闭空间中养护3天。
粒径在0.72cm时颗粒强度约为25N。投加量2g/L的静态试验中，溶解氧在18天达到静态平衡，为10.5mg/L，pH为10.6～10.8，释氧周期6个月。在流速为5ml/min，投加量40g的动态试验中，出水溶解氧为3.8mg/L，pH为8.3～8.4。
实施例3
配比本发明的地下水修复用缓释氧材料，内核材料中各成分的重量配比为：80%过氧化钙， 10%普通硅酸盐水泥，1%高岭土，9%硅藻土的缓释氧内核材料。
添加外壳材料，外壳材料各成分的重量配比为：40%蒙脱石，10%硅藻土，50%电气石。
其中，内核粒径0.7cm，外壳厚度0.05cm。将球形材料放置于密闭空间中养护2天。
粒径在0.75cm时颗粒强度约为25N。投加量2g/L的静态试验中，溶解氧在18天达到静态平衡，为10.5mg/L，pH为10.6～10.8，释氧周期6个月。在流速为5ml/min，投加量40g的动态试验中，出水溶解氧为3.8mg/L，pH为8.3～8.5。
实施例4
配比本发明的地下水修复用缓释氧材料，内核材料中各成分的重量配比为：80%过氧化钙， 10%复合硅酸盐水泥，1%粉煤灰，9%膨胀珍珠岩的缓释氧内核材料。
添加外壳材料，外壳材料各成分的重量配比为：80%复合硅酸盐水泥，10%硅藻土，10%粉煤灰外壳。
其中，内核粒径0.7cm，外壳厚度0.06cm。将球形材料放置于密闭空间中养护2天。
粒径在0.76cm时颗粒强度约为20N。投加量2g/L的静态试验中，溶解氧在16天达到静态平衡，为10.6mg/L，pH为10.6～10.8，释氧周期7个月。在流速为5ml/min，投加量40g的动态试验中，出水溶解氧为4.1mg/L，pH为8.3～8.4。
实施例5
配比本发明的地下水修复用缓释氧材料，内核材料中各成分的重量配比为：20%过氧化钙，44%过氧化镁，10%蒙脱石，25%石英砂，1%电气石。
添加外壳材料，外壳材料各成分的重量配比为：80%普通硅酸盐水泥，1%石英砂，19%粉煤灰。
其中，内核粒径0.75cm，外壳厚度0.05cm。将球形材料放置于密闭空间中养护3天。
粒径在0.80cm时其颗粒强度达到40N。
在投加量2g/L的静态试验中，溶解氧在25天达到静态平衡，为9.8mg/L，pH为9.7～9.9，释氧周期8个月。在流速5ml/min，投加量50g的动态试验中，出水溶解氧3.1mg/L，pH为7.5～7.9。
实施例6
配比本发明的地下水修复用缓释氧材料，内核材料中各成分的重量配比为：20%过氧化镁，40%凹凸棒石，30%石英砂，10%电气石。
添加外壳材料，外壳材料各成分的重量配比为：20%凹凸棒石，50%石英砂，30%粉煤灰外壳。
其中，内核粒径0.75cm，外壳厚度0.05cm。将球形材料放置于密闭空间中养护2天。
粒径在0.80cm时其颗粒强度达到50N。在投加量2g/L的静态试验中，溶解氧在25天达到静态平衡，为9.9mg/L，pH为9.8～10，释氧周期8个月。在流速5ml/min，投加量50g的动态试验中，出水溶解氧3.2mg/L，pH为7.6～7.8。
实施例7
配比本发明的地下水修复用缓释氧材料，内核材料中各成分的重量配比为：59%过氧化镁， 10%凹凸棒，1%膨胀珍珠岩，30%粉煤灰的缓释氧内核材料。
添加外壳材料，外壳材料各成分的重量配比为：40%凹凸棒石，30%膨胀珍珠岩，30%高岭土外壳。
其中，内核粒径3cm，外壳厚度0.05cm。将球形材料放置于密闭空间中养护2天。
粒径在3.05cm时其颗粒强度达到40N。在投加量2g/L的静态试验中，溶解氧在25天达到静态平衡，为10mg/L，pH为10～10.2，释氧周期8个月。在流速5ml/min，投加量50g的动态试验中，出水溶解氧3.3mg/L，pH为8～8.1。
Claims (6)
1.一种地下水修复用缓释氧材料，其特征在于，它包括内核材料和外壳材料；
所述的内核材料是由下列组分按重量百分比组成：20～80%释氧剂、10～40%塑性粘结矿物、1～30% pH缓冲剂、1～30%高渗透性材料；
所述外壳材料是由下列组分按重量百分比组成：20～80%塑性粘结矿物、10～50% pH缓冲剂、1～50%高渗透性材料。
2.根据权利要求1所述的一种地下水修复用缓释氧材料，其特征在于，所述的释氧剂包括过氧化钙、过氧化镁这两种基料中的一种或者两种。
3.根据权利要求1或2所述的一种地下水修复用缓释氧材料，其特征在于，所述的塑性粘结矿物为普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、凹凸棒石、蒙脱石四种中任一种或者多种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种地下水修复用缓释氧材料，其特征在于，其中的pH缓冲剂包括粉煤灰、电气石、高岭土中任一种或者多种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种地下水修复用缓释氧材料，其特征在于，所述的高渗透性材料包括石英砂、硅藻土、膨胀珍珠岩中任一种或者多种的组合。
6.一种地下水修复用缓释氧材料的制备方法，其步骤为：
（1）按照权利要求5所述材料的组成成分中除高渗透性材料外的原料全部粉碎至200目备用；
（2）按照权利要求5所述材料的组成成分高渗透性材料原料中除石英砂外全部粉碎至50目备用；
（3）将各种内核原料充分混合均匀，在造粒机中加水滚动至球型，直至达到预期粒径0.5～3cm ；
（4）在内核材料滚动至预期粒径后，添加外壳材料，使内核材料表面外壳的厚度0.05cm；
（5）将球形材料放置于密闭空间中养护2～3天，直至缓释氧材料的颗粒强度达到20～50N/颗的测试水平，且其硬度能达到在水中长时间浸泡而不碎的程度。
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