CN102583827B - 一种双层可渗透反应墙修复体系及制法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种双层可渗透反应墙修复体系，是由还原反应墙与氧化反应墙构成，还原反应墙位于水流上游，氧化反应墙位于水流下游；还原反应墙和氧化反应墙均为框箱结构，框箱的垂直于地下水流向的两正面和平行于地下水流向的两侧面均设有网状物；还原反应墙的框箱网状物内填充有改性沸石和零价铁粉，填充至高出地下水水位线；氧化反应墙的框箱网状物内填充有活性氧化剂、稳定固化粘合剂、沸石和水混合的缓释颗粒，填充至高出地下水水位线。本发明提供的双层可渗透反应墙修复体系，集活化还原、自催化氧化功能于一体，可实现地下水中硝基苯类污染物的高效去除。

Description

一种双层可渗透反应墙修复体系及制法和应用
技术领域
本发明属地下水环境污染防治领域，具体地涉及一种用于修复硝基苯类化合物污染地下水的双层可渗透反应墙体系。
本发明还涉及上述双层可渗透反应墙体系的制作方法。
本发明还涉及上述双层可渗透反应墙体系在硝基苯类化合物污染地下水修复中的应用。
背景技术
作为地下水有机污染的一类物质，硝基苯类化合物主要来源于炸药、染料、农药、医药及有机合成等工业生产过程中，包括硝基苯、硝基氯苯、硝基甲苯、硝基苯酚等。由其造成的地下水污染成为环境污染防治领域的热点问题。
目前，针对地下水中硝基苯类污染物常用的原位修复方式有：
1)Fe0还原，主要采用固定式反应墙，墙体内的零价铁粉末将硝基苯类化合物还原为易于生物降解的苯胺类物质。但反应过程中生成的絮状沉淀与产生的碱性环境极易造成墙体的堵塞与介质材料的失活，不利于硝基苯类化合物的降解，反应后生成的苯胺类物质仍对地下水水质产生影响。
2)生物修复，硝基苯类化合物污染地下水的生物修复包括生物激发活化与生物强化。其中：
生物激发活化是向地下水系统中注入有机碳和其他营养成分来激发土著微生物活力，这一技术的局限是含水层中降解硝基苯类污染物的微生物含量极少，其活化积累是一个十分缓慢的过程，所用修复时间很长；
生物强化是通过引进异地降解微生物，经实验室培养、训化、负载后注入地下水系统，其主要缺点是价格昂贵、微生物难以注入含水层及其与原有微生物争夺有限资源。同时由于地下水的流动、菌体与含水层介质之间较弱的亲和力等原因，使强化微生物流失严重，从而降低生物修复效果，增加修复成本。
发明内容
本发明的目的在于提供双层可渗透反应墙修复体系。
本发明的又一目的在于提供制作上述双层可渗透反应墙修复体系的方法。
为实现上述目的，本发明提供的双层可渗透反应墙修复体系，是由还原反应墙与氧化反应墙构成，还原反应墙位于水流上游，氧化反应墙位于水流下游；
还原反应墙和氧化反应墙均为框箱结构，框箱的垂直于地下水流向的两面和平行于地下水流向的两侧面均设有网状物；
还原反应墙的框箱网状物内填充有改性沸石和零价铁粉，填充至高出地下水水位线；
氧化反应墙的框箱网状物内填充有活性氧化剂、稳定固化粘合剂、沸石和水混合的缓释颗粒，填充至高出地下水水位线。
所述的双层可渗透反应墙修复体系，其中，改性沸石和零价铁粉的质量比是1∶0.5-0.9；缓释颗粒是由活性氧化剂、稳定固化粘合剂、沸石和水按质量比1∶1.4-1.7∶0.5-0.7∶0.9-1.2混合造粒制得。
所述的双层可渗透反应墙修复体系，其中，缓释氧化颗粒的平均粒径为4mm；活性氧化剂为过硫酸钠和过氧化钙按质量比1∶0.05-0.07的混合物，稳定固化粘合剂为硅酸盐水泥和细沙按质量比1∶0.13-0.15的混合物。
本发明提供的制作上述双层可渗透反应墙修复体系的方法：
1)在预定位置挖出两条沟渠，两沟渠之间留有间距；
2)按两沟渠宽度、深度和厚度制作框箱，框箱的两面和两侧面均设有网状物，将两个框箱分别安装在沟渠内，框箱的两面垂直于水流方向，作为还原反应墙和氧化反应墙的框架；还原反应墙位于水流上游，氧化反应墙位于水流下游；
3)将改性沸石与零价铁粉混合后填入还原反应墙内，将缓释氧化颗粒装入氧化反应墙内；填至高出地下水的水位线，完成双层可渗透反应墙体系的安装。
所述双层可渗透反应墙修复体系的制作方法，其中，氧化反应墙和还原反应墙的自身厚度是通过水流滞留时间与填充材料渗透系数计算得出；其中，氧化反应墙和还原反应墙的自身厚度的计算公式为：
L＝(1-2.5)t*k；
式中：L是氧化反应墙和还原反应墙的自身厚度，单位是米，t是水流滞留时间，单位是天；k是填充材料渗透系数，单位是米/天。
所述双层可渗透反应墙修复体系的制作方法，其中，改性沸石和零价铁粉的质量比是1∶0.5-0.9；缓释颗粒是由活性氧化剂、稳定固化粘合剂、沸石和水按质量比1∶1.4-1.7∶0.5-0.7∶0.9-1.2混合造粒制得。
所述双层可渗透反应墙修复体系的制作方法，其中，缓释氧化颗粒的平均粒径为4mm；活性氧化剂为过硫酸钠和过氧化钙按质量比1∶0.05-0.07的混合物，稳定固化粘合剂为硅酸盐水泥和细沙按质量比1∶0.13-0.15的混合物。
所述双层可渗透反应墙修复体系的制作方法，其中，还原反应墙与氧化反应墙之间的间距为1.5-5m；氧化反应墙和还原反应墙的深度比污染羽垂向深度深0.5-2.5m。
本发明提供的双层可渗透反应墙修复体系可用于修复硝基苯类化合物污染地下水，使用时还原反应墙位于水流上游，氧化反应墙位于水流下游，当受硝基苯类化合物污染的地下水流过时，先经还原反应墙与零价铁发生还原反应，生成苯胺类物质，同时改性沸石产生的偏酸性环境可减少墙体内絮状沉淀的产生，避免反应墙堵塞，提高地下水中Fe2+的浓度；
进行还原反应后的污染地下水进入氧化反应墙，地下水中的苯胺类物质在Fe2+催化作用下，与缓释氧化材料发生催化氧化反应，降解为无污染的小分子物质、二氧化碳和水，最终实现对硝基苯类化合物的去除。
本发明提供的双层可渗透反应墙修复体系，集活化还原、自催化氧化功能于一体，可实现地下水中硝基苯类污染物的高效去除。
附图说明
图1是本发明双层可渗透反应墙修复体系的结构示意图。
具体实施方式
本发明的地下水污染双层可渗透反应墙修复体系是由改性沸石和零价铁粉组成的还原反应墙与填充有缓释颗粒的氧化反应墙构成，还原反应墙在前，氧化反应墙在后。还原反应墙将硝基苯类化合物转化为苯胺类物质，这有利于污染物进一步氧化去除，同时还可以提供氧化墙反应所需的催化剂Fe2+。氧化反应墙的缓释颗粒可缓缓释放强氧化剂，降低强氧化剂冲蚀速率，避免有效成分的快速流失。释放出的强氧化剂在Fe2+催化作用下与苯胺类物质发生反应，将其降解为无污染的小分子物质、二氧化碳和水。
本发明涉及的修复体系设置于地下硝基苯类化合物污染羽的下游。氧化反应墙安装于还原反应墙之后1.5-5m处。两反应墙深度比污染羽垂向深度深0.5-2.5m，可渗透反应墙自身厚度(L，m)可通过滞留时间(t，d)与填充材料渗透系数(k，m/d)由公式L＝(1～2.5)t*k计算得出。
氧化反应墙内填充的缓释颗粒是经一定比例的活性氧化剂、稳定固化粘合剂、沸石和水混合造粒制得，其中活性氧化剂为过硫酸钠和过氧化钙，稳定固化粘合剂为普通硅酸盐水泥和细沙。
双层可渗透反应墙修复体系具有以下特点：
1)还原反应墙实现污染物降解的过程中可释放出Fe2+，这有利于促进氧化反应墙内强氧化性自由基的生成，即对氧化反应墙缓释固体颗粒释放的过硫酸根有催化作用；
2)与硝基苯类化合物相比，其还原产物苯胺类物质更易于被氧化反应墙内强氧化性缓释颗粒降解去除；
3)氧化反应墙低氧化剂溶解速率可延长其使用寿命。
本发明在深入研究硝基苯类化合物零价铁还原降解与过硫酸盐氧化去除的效果与机理基础上，提出集活化还原、自催化氧化功能于一体的双层可渗透反应墙修复方法，还原反应墙在氧化反应墙之前，可将硝基苯类化合物降解为苯胺类物质。反应过程中，还原墙释放的Fe2+对氧化墙强氧化剂降解硝基苯类化合物有很好的促进作用；同时氧化反应墙内缓释颗粒有效成分释放速率受到控制，延长反应墙使用寿命，降低更换频次。实施步骤如下：
(1)通过对目标区水文地质条件及污染范围与程度的详细调查，模拟预测地下水中硝基苯类化合物污染现状及运移趋势，确定双渗透反应墙安装位置；
(2)在指定位置开挖两条沟渠，两沟渠之间的间距为1.5-5m；
(3)按两沟渠宽度、深度和厚度制作铁质框箱，框箱的左右两侧面处于水流方向的两面均为孔径1mm铁丝网，将铁质框箱分别安装在挖好的沟渠内，作为还原反应墙A和氧化反应墙B的框架，如附图所示。
(4)将粒径为1-3mm的干燥酸性改性沸石与零价铁粉混合均匀后填入还原反应墙A内；将粒径为3.5-5.0mm缓释氧化颗粒物装入氧化反应墙B内。每填高0.5m需轻轻磨平，最终填至高出地下水水位线0.3-1.5m，双渗透反应墙安装完成。
(5)当受硝基苯类化合物污染的地下水流过时，首先经第一层还原反应墙，与酸性沸石及零价铁发生还原反应，生成苯胺类物质，同时改性沸石产生的偏酸性环境可减少墙体内絮状沉淀的产生，避免反应墙堵塞，提高地下水中Fe2+的浓度。发生还原反应后的污染地下水进入氧化反应墙，地下水中的苯胺类物质在Fe2+催化作用下，与缓释氧化材料-过硫酸根发生催化氧化反应，降解为无污染的小分子物质、二氧化碳和水，最终实现对硝基苯类化合物的去除。
实施例1：
某一地下水硝基苯污染场地，通过现场地下水污染范围与程度调查及模拟预测结果，按照本发明的实施步骤，完成双渗透反应墙安装。其中两反应墙厚度(即还原反应墙厚度L与氧化反应墙厚度L′)按公式L＝(1～2.5)t*k算出，分别为0.5m、0.6m。还原反应墙内装填酸性改性沸石与零价铁粉混合物料，改性沸石和零价铁粉的质量比是1∶0.5-0.9；氧化反应墙内装填由活性氧化剂∶稳定固化粘合剂∶沸石∶水按1∶1.5∶0.5∶1混合造料制得的平均粒径为4mm的缓释氧化颗粒。场地内布设多眼监测井，定期取样检测地下水中污染物浓度。结果表明：整个系统运行120天后，硝基苯浓度由原来的62.5mg/L，降为9.7mg/L，去除率为84.5％。
实施例2：
某一地下水2，4-二硝基甲苯污染场地，通过现场地下水污染范围与程度调查及模拟预测结果，按照本方法中的实施步骤，完成双渗透反应墙安装。其中两反应墙厚度即活化还原可渗透反应墙与缓释氧化可渗透反应墙厚度按公式L＝(1～2.5)t*k算出，分别为0.4m、0.5m。还原反应墙内装填酸性改性沸石与零价铁粉混合物料氧化反应墙内装填由活性氧化剂∶稳定固化粘合剂∶沸石∶水按1∶1.6∶0.5∶1.1混合造料制得的粒径为4mm的缓释氧化颗粒。场地内布设多眼监测井，定期取样检测地下水中污染物浓度。结果表明：整个系统运行90天后，2，4-二硝基甲苯浓度由原来的12.6mg/L，降为1.5mg/L，去除率为88.0％。

Claims (9)

1.一种双层可渗透反应墙修复体系，是由还原反应墙与氧化反应墙构成，还原反应墙位于水流上游，氧化反应墙位于水流下游；
还原反应墙和氧化反应墙均为框箱结构，框箱的垂直于地下水流向的前后两面和平行于地下水流向的两侧面均设有网状物；
还原反应墙的框箱网状物内填充有改性沸石和零价铁粉，填充至高出地下水水位线；
氧化反应墙的框箱网状物内填充有活性氧化剂、稳定固化粘合剂、沸石和水混合的缓释颗粒，填充至高出地下水水位线；
所述活性氧化剂为过硫酸钠和过氧化钙按质量比1∶0.05-0.07的混合物，稳定固化粘合剂为硅酸盐水泥和细沙按质量比1∶0.13-0.15的混合物。
2.根据权利要求1所述的双层可渗透反应墙修复体系，其中，改性沸石和零价铁粉的质量比是1∶0.5-0.9；
缓释颗粒是由活性氧化剂、稳定固化粘合剂、沸石和水按质量比1∶1.4-1.7∶0.5-0.7∶0.9-1.2混合造粒制得。
3.根据权利要求1所述的双层可渗透反应墙修复体系，其中，缓释颗粒的平均粒径为4mm。
4.权利要求1所述双层可渗透反应墙修复体系的制作方法：
1)在预定位置挖出两条沟渠，两沟渠之间留有间距；
2)按两沟渠宽度、深度和厚度制作框箱，框箱的两面和两侧面均设有网状物，将两个框箱分别安装在沟渠内，框箱的两面垂直于水流方向，作为还原反应墙和氧化反应墙的框架；还原反应墙位于水流上游，氧化反应墙位于水流下游；
3)将改性沸石与零价铁粉混合后填入还原反应墙内；将缓释颗粒装入氧化反应墙内；填至高出地下水的水位线，完成双层可渗透反应墙修复体系的安装。
5.根据权利要求4所述双层可渗透反应墙修复体系的制作方法，其中，氧化反应墙和还原反应墙的自身厚度是通过水流滞留时间与填充材料渗透系数计算得出；其中，氧化反应墙和还原反应墙的自身厚度的计算公式为：
L＝(1～2.5)t*k；
式中：L是氧化反应墙和还原反应墙的自身厚度，单位是米，t是水流滞留时间，单位是天；k是填充材料渗透系数，单位是米/天。
6.根据权利要求4所述双层可渗透反应墙修复体系的制作方法，其中，改性沸石和零价铁粉的质量比是1∶0.5-0.9；缓释颗粒是由活性氧化剂、稳定固化粘合剂、沸石和水按质量比1∶1.4-1.7∶0.5-0.7∶0.9-1.2混合造粒制得。
7.根据权利要求4或6所述双层可渗透反应墙修复体系的制作方法，其中，缓释颗粒的平均粒径为4mm；活性氧化剂为过硫酸钠和过氧化钙按质量比1∶0.05-0.07的混合物，稳定固化粘合剂为硅酸盐水泥和细沙按质量比1∶0.13-0.15的混合物。
8.根据权利要求4所述双层可渗透反应墙修复体系的制作方法，其中，还原反应墙与氧化反应墙之间的间距为1.5-5m；氧化反应墙和还原反应墙的深度比污染羽垂向深度深0.5-2.5m。
9.权利要求1所述双层可渗透反应墙修复体系在修复硝基苯类化合物污染地下水中的应用，还原反应墙位于水流上游，氧化反应墙位于水流下游，当受硝基苯类化合物污染的地下水流过时，先经还原反应墙与改性沸石及零价铁发生还原反应，生成苯胺类物质，同时改性沸石产生的偏酸性环境可减少墙体内絮状沉淀的产生，避免反应墙堵塞，提高地下水中Fe2+的浓度；
进行还原反应后的污染地下水进入氧化反应墙，地下水中的苯胺类物质在Fe2+催化作用下，与缓释颗粒发生催化氧化反应，降解为无污染的小分子物质、二氧化碳和水，最终实现对硝基苯类化合物的去除。
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