CN104016472A - 用于处理地下水硝酸盐反应材料的再生还原剂及投注工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理地下水硝酸盐反应材料的再生还原剂，其特征在于：该还原剂分子式是C₆H₈O₆，呈固态粉末状，是一种广泛使用的食品添加剂，易溶于水，形成一定浓度的真溶液，在高价铁（Fe³⁺）中加入这种还原剂，其基本的反应过程如下：Fe(OH)_{3 ↓}+3H⁺→Fe³⁺+3H₂O，2Fe³⁺+C₆H₈O₆→C₆H₆O₆+2Fe²⁺+2H⁺，可使得Fe³⁺还原为Fe²⁺，恢复处理硝酸盐的能力。还原剂C₆H₈O₆的投注工艺步骤如下：一、首先将C₆H₈O₆还原剂（12）溶于水，形成一定浓度的C₆H₈O₆溶液，二、在地下水硝酸盐原位处理的原地层（2）及反应材料（3）中，钻灌注孔（1），在灌注孔（1）中下灌注管（13）；三、在恒压泵（11）的作用下向注浆管内灌注C₆H₈O₆还原剂（12），本发明将Fe³⁺还原为Fe²⁺，实现反应材料的再生利用，恢复受污染地下水现场处理井的原有功能。

Description

用于处理地下水硝酸盐反应材料的再生还原剂及投注工艺

技术领域

 本发明属于地下水处理技术领域，特别是用于处理地下水硝酸盐反应材料的还原再生利用的还原剂及还原剂投注工艺。

背景技术

地下水是重要的饮用水源之一，尤其是在广大农村地区及城市近郊大量采用浅层地下水作为饮用水水源，其质量关系到饮用者的身体健康。因此，国家规定了严格的饮用水标准，以保证饮用水的质量。其中规定：作为水源地硝酸盐的含量不能超过20mg/l，但是，在近年的农业耕种过程中，大量使用氮肥，多年的超量使用和不断积累，使得大量多余的硝酸盐存在于土壤中，随着降雨及地下水的运移，使得地下水中含超量的硝酸盐。近年来，处理地下水硝酸盐超标技术得到了一定的发展，采用可渗透反应材料对地下水进行处理是一种有效的方法。即采用人工方式将某种材料投放在地下水经过的路径上，可以让地下水通过该材料，地下水中的硝酸盐等有害离子和该种材料进行反应，通过离子交换、吸附等作用，对地下水进行处理，降低硝酸盐含量，使之达到可以使用的标准。用于地下水硝酸盐污染去除的介质材料一般包括具有极强的还原能力的零价金属（最常见的是Fe0），活性碳、离子交换树脂、磷酸盐以及一些天然材料如甲壳素、沸石、石灰石、有机粘土等。有的是用于实验室的材料，有的用在现场地下水的修复。这些材料的主要成分一般采用铁粉。根据研究，和硝酸根发生反应的主要是Fe2+，但是受材料使用数量的限制及使用寿命的限制，Fe2+逐渐减少，相关组合材料去除硝酸盐的能力也逐渐降低。相关的地下水修复工程结果表明，一般地下水修复工程的使用寿命在7～10年，当超过使用寿命后，Fe²⁺还逐渐被还原成高价铁（Fe³⁺）而失去反应能力，国际上，一般在介质材料失效后，则进行重新置换，这样将会耗费大量的人力、财力和物力。实验室内将铁粉进行还原处理使Fe³⁺还原成Fe²⁺有一定的研究，但是野外工程实现较难。 

发明内容

本发明的目的是勿需把介质材料取出现场，而是提供一种能够对去除硝酸盐反应材料进行现场大规模还原的还原剂及还原工艺。将还原剂直接添加到反应材料中去，恢复其反应能力，也就是保持介质材料的循环利用。其中技术核心就是解决野外现场地下水硝酸盐反应介质材料的再生利用问题，该还原剂与工艺可应用于以Fe0为主要介质，结构形式为连续墙体、通道式、井结构的地下水的原位修复系统的再生还原。本发明的目的是采取以下技术方案实现的：一种用于处理地下水硝酸盐反应材料的再生还原剂，其特征在于：该还原剂分子式是                                               ，呈固态粉末状，易溶于水，是一种广泛使用的食品添加剂，价格较低，易溶于水，形成一定浓度的真溶液，根据初步的试验，在高价铁（F_e ³⁺）中，加入这种还原剂，可使得F_e ³⁺还原为F_e ²⁺，恢复处理硝酸盐的能力，其基本的反应过程如下：

Fe(OH)_3↓+3H⁺→F_e ³⁺+3H₂O

2F_e ³⁺+ C₆H₈O₆→C₆H₆O₆+ 2F_e ²⁺+2H⁺

    所使用的还原剂有严格的要求，本身不能有毒有害，与地下水中各种离子反应不能生成有害有毒物质，且价格要合理。经广泛选择及实验，选择了这种满足要求的还原剂。

一种上述还原剂的投注装置，其特征在于：该装置设有井壁管，井壁管上开有滤水孔，灌注管穿装在井壁管内，灌注管的底部设有封堵头封堵；灌注管下部钻有出浆孔，在灌注管上设有固定法兰，在固定法兰上面灌注管上穿有弹性橡胶球，弹性橡胶球的上面设有活动法兰，活动法兰的上面灌注管上安装压紧套管，压紧套管套在灌注管的外侧，压紧套管的顶部设有压紧螺母，灌注上设有螺纹，旋转压紧螺母，在压紧套管的作用下压紧弹性橡胶球，橡胶球横向变位膨胀。

一种上述还原剂的投注工艺

首先将还原剂溶于水，形成一定浓度的溶液，易于泵送。在处理地下水硝酸盐的反应材料中钻孔，钻孔的数量根据试验要求确定，然后下灌注管，灌注管的下部（在反应材料的）设有出流孔，在出流孔的上部封孔，然后利用恒压泵装置灌注还原剂，使得还原剂浆液渗入到反应材料中，还原剂和F_e ³⁺反应，还原为F_e ²⁺，恢复其处理硝酸盐的能力。

    本发明将F_e ³⁺还原为F_e ²⁺，实现反应材料的再生利用，恢复受污染地下水现场处理井的原有功能。

附图说明

图1是本发明中还原剂投注装置的结构的示意图；

图2是本发明投注还原剂的工作态结构示意图。

图中，1、灌注孔，2、原地层，3、反应材料，4、封堵头、5、出浆孔，6、固定法兰，7、弹性橡胶球，8、活动法兰，9、压紧套管、10、压紧螺母，11、恒压泵，12、C₆H₈O₆还原剂、13灌注管、14井壁管，15、滤水孔。

具体实施方式

    一种用于处理地下水硝酸盐反应材料的再生还原剂，其特征在于：该还原剂分子式是C₆H₈O₆，呈固态粉末状，易溶于水，是一种广泛使用的食品添加剂，价格较低，易溶于水，形成一定浓度的真溶液，根据初步的试验，在高价铁（F_e ³⁺）中，加入这种还原剂，可使得F_e ³⁺还原为F_e ²⁺，恢复处理硝酸盐的能力，其基本的反应过程如下：

Fe(OH)_3↓+3H⁺→F_e ³⁺+3H₂O

2F_e ³⁺+ C₆H₈O₆→C₆H₆O₆+ 2F_e ²⁺+2H⁺

所使用的还原剂有严格的要求，本身不能有毒有害，与地下水中各种离子反应不能生成有害有毒物质，且价格要合理。经广泛选择及实验，选择了这种满足要求的还原剂。

参照图1，一种用于投注C₆H₈O₆还原剂的装置，其特征在于：该装置设有井壁管14，井壁管14下部开有滤水孔15，灌注管13穿装在井壁管14内，灌注管13的底部设有封堵头4封堵；灌注管13下部钻有出浆孔5，在灌注管13上设有固定法兰6，在固定法兰6上面灌注管13上穿有弹性橡胶球7，弹性橡胶球7的上面设有活动法兰8，活动法兰8的上面灌注管13上安装压紧套管9，压紧套管9套在灌注管13的外侧，压紧套管9的顶部设有压紧螺母10，灌注管13上设有螺纹，旋转压紧螺母10，在压紧套管9的作用下压紧弹性橡胶球7，橡胶球7横向变位膨胀。灌注管13的上端通过恒压泵11与还原剂12相连。

参照图2，一种还原C₆H₈O₆剂的投注工艺，其特征在于：该投注工艺步骤如下 ：

一、首先将C₆H₈O₆还原剂12溶于水，形成一定浓度的C₆H₈O₆溶液，易于泵送；

二、在地下水硝酸盐原位处理的原地层2及反应材料3中，钻灌注孔1，在灌注孔1内下井壁管14，井壁管14中下灌注管13，灌注管13的底部由封堵头4封堵；灌注管13下部钻有出浆孔5，在灌注管13对应的反应材料上界面部位设有固定法兰6，在固定法兰6上穿有弹性橡胶球7，弹性橡胶球7上有活动法兰8，活动法兰8上安装压紧套管9，压紧套管9套在灌注管13的外侧，压紧套管9的顶部设有压紧螺母10，灌注管13上设有螺纹，旋转压紧螺母10，在压紧套管9的作用下压紧弹性橡胶球7，橡胶球7横向变位对灌注孔1进行封堵；

三、C₆H₈O₆还原剂12加水进行搅拌，形成浆液，在恒压泵11的作用下向注浆管13内灌注C₆H₈O₆还原剂12， C₆H₈O₆还原剂12通过出浆孔5进入灌注孔1段，再通过滤水管14的滤水孔15进入到反应材料3中，将F_e ³⁺还原为F_e ²⁺，实现反应材料的再生利用，恢复受污染地下水现场处理井的原有功能。

Claims (3)

1.一种用于处理地下水硝酸盐反应材料的再生还原剂，其特征在于：该还原剂分子式是C₆H₈O₆，呈固态粉末状，易溶于水，是一种广泛使用的食品添加剂，易溶于水，形成一定浓度的真溶液，在高价铁（F_e ³⁺）中加入这种还原剂，其基本的反应过程如下：

Fe(OH)_3↓+3H⁺→F_e ³⁺+3H₂O

2F_e ³⁺+ C₆H₈O₆→C₆H₆O₆+ 2F_e ²⁺+2H⁺

可使得F_e ³⁺还原为F_e ²⁺，恢复处理硝酸盐的能力。

2.一种用于投注C₆H₈O₆还原剂的装置，其特征在于：该装置设有井壁管（14），井壁管（14）下部开有滤水孔（15），灌注管（13）穿装在井壁管（14）内，灌注管（13）的底部设有封堵头（4）封堵；灌注管（13）下部钻有出浆孔（5），在灌注管（13）上设有固定法兰（6），在固定法兰（6）上面灌注管（13）上穿有弹性橡胶球（7），弹性橡胶球（7）的上面设有活动法兰（8），活动法兰（8）的上面灌注管（13）上安装压紧套管（9），压紧套管（9）套在灌注管（13）的外侧，压紧套管（9）的顶部设有压紧螺母（10），灌注管（13）上设有螺纹，旋转压紧螺母（10），在压紧套管（9）的作用下压紧弹性橡胶球（7），橡胶球（7）横向变位膨胀；灌注管（13）的上端通过恒压泵（11）与                                               还原剂（12）相连。

3.一种还原剂的投注工艺，其特征在于：该投注工艺步骤如下 ：

一、首先将C₆H₈O₆还原剂（12）溶于水，形成一定浓度的溶液，易于泵送；

二、在地下水硝酸盐原位处理的原地层（2）及反应材料（3）中，钻灌注孔（1），在灌注孔（1）内下井壁管（14），井壁管（14）中下灌注管（13），灌注管（13）的底部由封堵头（4）封堵；灌注管（13）下部钻有出浆孔（5），在灌注管（13）对应的反应材料（3）上界面部位设有固定法兰（6），在固定法兰上穿有弹性橡胶球（7），弹性橡胶球（7）上有活动法兰（8），活动法兰（8）上安装压紧套管（9），压紧套管（9）套在灌注管（13）的外侧，压紧套管（9）的顶部设有压紧螺母（10），灌注管（13）上设有螺纹，旋转压紧螺母（10），在压紧套管（9）的作用下压紧弹性橡胶球（7），橡胶球（7）横向变位对灌注孔（1）进行封堵；

三、C₆H₈O₆还原剂（12）加水进行搅拌，形成浆液，在恒压泵（11）的作用下向注浆管内灌注C₆H₈O₆还原剂（12），C₆H₈O₆还原剂（12）通过出浆孔（5）进入灌注孔段（1），再通过滤水管（14）的滤水孔（15）进入到反应材料（3）中，将F_e ³⁺还原为F_e ²⁺，实现反应材料的再生利用，恢复受污染地下水现场处理井的原有功能。