CN103224286B - 一种去除地下潜流污染的生态阻隔柱及方法 - Google Patents
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Abstract
一种去除地下潜流污染的生态阻隔柱,包括缓释碳源材料组成的柱形外框,以及布置于所述柱形外框中的吸附填料,该柱形外框两端封闭,侧面为均匀的网格透孔,其中缓释碳源材料为聚己内酯或聚羟基脂肪酸酯,吸附填料为生物炭、活性炭或沸石,本发明还提供了利用该生态阻隔柱去除地下潜流污染的方法,采用离散布局布置所述生态阻隔柱,于目标场地打孔,将生态阻隔柱埋入场地孔中,采用原土回填覆盖,本发明综合利用生物反硝化与物理化学吸附作用,实现对氮磷营养物和有机污染物的有效去除,为解决绿地、农田伴随降雨、灌溉过程引起的地下潜流污染问题提供新的途径,在面源污染控制领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于面源污染控制技术领域,特别涉及一种去除地下潜流污染的生态阻隔柱及方法。
背景技术
绿地和农田中的施肥、喷洒农药等过程可能导致土壤中残留氮、磷等富营养化物质和有害有机污染物,随着降雨或灌溉过程的发生,这些污染物随着地表径流和土壤潜流最终进入周边水体,造成面源污染(或称非点源污染)。目前,随着水环境污染防治工作的深入开展,在工业废水、生活污水排放等点源污染逐步得到有效控制的前提和基础上,面源污染的严重性越来越突出。开展城市面源污染控制,对于水环境质量的改善和水生态环境的保护具有十分重要的意义。
面源污染具有排放时间地点随机性大、排放途径及排放量不明确等特点,同时,易于受到降雨特征、灌溉方式、大气污染状况等多种因素的影响,因此,对其进行控制的难度较大。在目前已有的面源污染控制技术方法中,大部分针对地表径流造成的面源污染进行控制和防范。但是,对于透水性较好的绿地和农田而言,在降雨和灌溉过程发生后,很快会形成地下潜流,地表污染物被冲刷、渗透,进而导致地下潜流污染。因此,对于透水性较好的地表而言,对地下潜流污染进行控制,是削减面源污染进而改善水环境质量的必要和有效途径,但相关污染控制技术方法仍较少见报导。
已有研究表明,绿地和农田中形成的面源污染物主要包括以氨氮、硝态氮和磷酸盐为代表的氮磷营养物和以杀虫剂、除草剂为代表的有机污染物等。利用高容量吸附填料,可以有效地去除包括氨氮、磷酸盐和有机物在内的多种污染物。但若要有效地解决水体富营养化问题,还需要对同样至关重要的硝态氮进行控制,不能仅依赖填料吸附作用,还需要加强生物反硝化作用将硝态氮转化为氮气。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种去除地下潜流污染的生态阻隔柱及方法,将可降解有机缓释碳源材料制成带透孔的外框,内部根据污染物处理要求填充不同配比的高容量吸附填料,综合利用生物反硝化与物理化学吸附作用,实现对氮磷营养物和有机污染物的有效去除,为解决绿地、农田伴随降雨、灌溉过程引起的地下潜流污染问题提供新的途径,在面源污染控制领域具有广阔的应用前景。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种去除地下潜流污染的生态阻隔柱,包括缓释碳源材料1组成的柱形外框,以及布置于所述柱形外框中的吸附填料2。
所述柱形外框两端封闭,侧面为均匀的网格透孔。
所述柱形外框的直径为10~50cm,长度为50~150cm,网格透孔孔径为0.5~5cm。
所述缓释碳源材料1为聚己内酯(PCL)或聚羟基脂肪酸酯(PHA)。
所述吸附填料2为生物炭、活性炭或沸石。
利用所述生态阻隔柱去除地下潜流污染的方法,包括如下步骤:
(1)调查地下潜流污染修复的目的场地,获取场地范围、面积;污染物类型、浓度;以及地下潜流水文地质特征;
(2)根据步骤(1)所获取信息,采用离散布局布置所述生态阻隔柱,生态阻隔柱的行列间距为30~200cm;
(3)于目标场地按照布局方式和行列间距进行机械或人工打孔,孔径等于生态阻隔柱直径,孔深由地下潜流深度确定,孔底位于地下潜流深度以下20~50cm,并使生态阻隔柱在接近地表处预留10cm以上的保护高度;
(4)将生态阻隔柱埋入场地孔中,采用原土进行回填覆盖。
当在地下潜流中氮(特别是硝态氮)浓度高于20mg/L的情况下用聚己内酯(PCL),在氮浓度低于20mg/L且预算有限的情况下可采用聚羟基脂肪酸酯(PHA),这是由于PCL比PHA反应速率快,但成本更高。
生物炭/活性炭/沸石以及配比根据待去除污染物的类型、浓度、处理要求和预算确定,活性炭可高效吸附有机物、磷,沸石可高效吸附氨氮,但活性炭和沸石成本均较高;生物炭可一定程度的吸附有机物、磷、氨氮,且具有改善土壤活性的功效,生物炭成本低廉。
柱外框的直径根据生态阻隔柱内的填料配比情况确定,填料中活性炭比例高于1/2时,直径10~20cm,填料中粒径较大的沸石、生物炭所占比例高于1/2时,直径20~50cm;根据地下潜流埋深确定柱的长度,埋深1m以下时,阻隔柱长度50~100cm,埋深1m以上时,阻隔柱长度100~150cm;
生态阻隔柱可采用三角形交替布局,根据待修复场地范围和污染去除要求确定间距,当待修复场地长度超过500m、污染物除去率要求为80%~90%时,布局间距为100~200cm;当待修复场地长度小于500m、污染物去除率要求大于90%时,布局间距为30~100cm。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)同时考虑缓释碳源材料与高容量吸附填料,既可利用吸附作用去除多种污染物,又能促进微生物的反硝化作用,对可引起水体富营养化的硝态氮进行控制;
(2)采用柱状结构,将可降解有机缓释碳源材料加工侧面带透孔的外框,将高容量吸附填料制成块状或颗粒状填入其中,可以提前大规模加工,现场打孔填埋即可,施工更加方便,且可降低对现有土地利用的影响;
(3)采用离散式布局方式,可以根据待处理土地的面积范围、污染程度、经济预算等实际情况,灵活选择填埋隔离柱的数量、密度和布局方式;
(4)埋于地下原位处理,既可降低对地面的影响,又可根据降雨、灌溉发生的情况第一时间进行处理,且不易受到季节变化等因素的影响;
(5)所用材料为环境友好型材料,缓释碳源选用易于完全降解的聚己内酯(PCL)或聚羟基脂肪酸酯(PHA),不会在土地中造成残留,吸附填料可选用生物炭材料,即可高效吸附污染物,还具有改良土壤等功效;
(6)根据不同的污染处理要求和经济预算,可以灵活选择不同的填料(活性炭、生物炭、沸石等)进行配比,如当地下潜流中氨氮浓度较高时,填充沸石的比例可以提升,当微量有机污染物作为主要处理对象且处理要求较高时,填充活性炭的比例可以提升。
附图说明
图1是本发明生态阻隔柱结构示意图。
图2为本发明去除地下潜流污染的生态阻隔柱设置布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示,一种去除地下潜流污染的生态阻隔柱,包括缓释碳源材料1组成的柱形外框,以及布置于所述柱形外框中的吸附填料2。其中柱形外框两端封闭,侧面为均匀的网格透孔,柱形外框的直径d为10~50cm,长l度为50~150cm,网格透孔孔径为0.5~5cm,缓释碳源材料1可选择聚己内酯(PCL)或聚羟基脂肪酸酯(PHA);吸附填料2可选择生物炭、活性炭或沸石。
利用所述生态阻隔柱可有效去除地下潜流污染,举出实施例如下。
实施案例1:应用于农田地下潜流含氮营养物的去除,包括如下具体步骤:
(1)通过现场勘察,明确农田污染物主要为过量施肥引起的氨氮及其转化物硝态氮,地下潜流方向为农田流向自然水体,选定农田周边沿自然水体交界处长500m、宽2m的地带为生态阻隔柱实施范围,地下潜流埋深约1m;
(2)按照以下材料和规格批量生产生态阻隔柱:以聚羟基脂肪酸酯(PHA)作为缓释碳源制成柱形外框(孔径约2cm),内部按1:1混合填充成本较低的生物炭与沸石块状填料(直径约5cm),制成直径20cm、长度100cm的生态阻隔柱;
(3)选定布局方式如图2所示:以边长L=100cm的三角形布局方式,沿500m长度等间距布置3排,共需1500根生态阻隔柱,每根埋于地下30cm;
(4)在目标场地按照拟定的生态阻隔柱布局方式和行列间距进行打孔,埋入生态阻隔柱后,利用原土进行回填覆盖,完成施工;
(5)定期监测生态阻隔柱状态及其对氨氮、硝态氮的去除效果,总氮原位去除率可达80%以上。
实施案例2:应用于城市绿地潜流氮、磷、微量有机污染物的综合去除,具体步骤如下:
(1)通过现场考察和勘察,明确该城市气象、水文和环境资料,属于易发生长期均匀小降雨的地区,地下水位埋深较浅,周边水体污染严重,需要尽可能加强面源污染控制效果,使污染物得以高效、综合地去除,最终选定目标场地为沿自然水体交界处长1000m、宽3m的地带,地下潜流埋深约0.5m;
(2)按照以下材料和规格批量生产生态阻隔柱:以更高效的聚己内酯(PCL)作为缓释碳源制成柱形外框(孔径约0.5cm),内部按2:1混合填充吸附效果佳的活性炭与生物炭颗粒状填料(圆柱状、长约2cm),制成直径10cm、长度60cm的生态阻隔柱;
(3)根据当地特征制定密度较低、范围较大的生态阻隔柱布局方式,具体如下:以200cm为间隔,沿1000m长度等间距布置4排,根据地表绿化情况位置可略有调整,共需约2000根生态阻隔柱,每根埋于地下20cm;
(4)在目标场地按照拟定的生态阻隔柱布局方式和行列间距进行机械打孔,埋入生态阻隔柱后,利用原土进行回填覆盖,地表种植草皮进行绿化;
(5)定期监测生态阻隔柱状态及其对氨氮、硝态氮、总磷、有机物的去除效果,总氮原位去除率可达85%以上、总磷、有机物去除率均可达90%以上。
Claims (7)
1.一种去除地下潜流污染的生态阻隔柱,其特征在于,包括缓释碳源材料(1)组成的柱形外框,以及布置于所述柱形外框中的吸附填料(2),所述缓释碳源材料(1)为聚己内酯(PCL)或聚羟基脂肪酸酯(PHA),所述吸附填料(2)为生物炭、活性炭或沸石。
2.根据权利要求1所述去除地下潜流污染的生态阻隔柱,其特征在于,所述柱形外框两端封闭,侧面为均匀的网格透孔。
3.根据权利要求2所述去除地下潜流污染的生态阻隔柱,其特征在于,所述柱形外框的直径为10~50cm,长度为50~150cm,网格透孔孔径为0.5~5cm。
4.利用权利要求1所述生态阻隔柱去除地下潜流污染的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)调查地下潜流污染修复的目的场地,获取场地范围、面积;污染物类型、浓度;以及地下潜流水文地质特征;
(2)根据步骤(1)所获取信息,采用离散布局布置所述生态阻隔柱,生态阻隔柱的行列间距为30~200cm;
(3)于目标场地按照布局方式和行列间距进行机械或人工打孔,孔径等于生态阻隔柱直径,孔深由地下潜流深度确定,孔底位于地下潜流深度以下20~50cm,并使生态阻隔柱在接近地表处预留10cm以上的保护高度;
(4)将生态阻隔柱埋入场地孔中,采用原土进行回填覆盖。
5.根据权利要求4所述去除地下潜流污染的方法,其特征在于,当在地下潜流中氮浓度高于20mg/L的情况下用聚己内酯(PCL),在氮浓度低于20mg/L采用聚羟基脂肪酸酯(PHA)。
6.根据权利要求4所述去除地下潜流污染的方法,其特征在于,当填料中活性炭比例高于1/2时,柱形外框的直径10~20cm;当填料中沸石与生物炭的总和所占比例高于1/2时,柱形外框的直径20~50cm;当地下潜流埋深 在1m以下时,阻隔柱长度50~100cm,埋深1m以上时,阻隔柱长度100~150cm。
7.根据权利要求4所述去除地下潜流污染的方法,其特征在于,采用三角形交替布局,根据待修复场地范围和污染去除要求确定间距,当待修复场地长度超过500m、污染物除去率要求为80%~90%时,布局间距为100~200cm;当待修复场地长度小于500m、污染物去除率要求大于90%时,布局间距为30~100cm。
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Legal Events
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---|---|---|---|
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20140416 Termination date: 20190409 |