CN104874350B - 一种去除地下水重金属砷污染的介质材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种去除地下水重金属砷污染的介质材料，是由锰矿石、海泡石、秸秆、动物粪便、活性污泥和活性菌剂按质量比1:0.2～0.5:0.5～1:0.2～0.4:0.2～0.4:0.0005～0.002经过混合、堆肥、碳化、破碎后形成平均粒径为1～3cm的颗粒材料。本发明还公开了制备上述介质材料的方法。本发明的介质材料可有效去除地下水中多价态的砷，使用寿命长，不会造成地下水的二次污染。

Description

一种去除地下水重金属砷污染的介质材料及制备方法
技术领域
本发明属于环保领域中地下水污染修复范畴，具体地涉及一种去除地下水重金属砷污染的介质材料。
本发明还涉及上述介质材料的制备方法。
背景技术
重金属砷是地下水中的主要污染物，近年来，由于工业的发展，大量采矿、燃煤、造纸、颜料等工业废水的排放，使得地下水中重金属砷含量急剧增加，严重影响人体健康和生态环境安全。砷在地下水环境中主要以无机砷As(III)和As(V)的形态存在，且前者的毒性很大，约为后者的60倍。
在各种地下水修复技术中，介质材料的选择直接影响污染物的去除效果，是修复效果良好与否的关键。目前去除重金属砷的介质材料主要有活性炭、零价铁、膨润土、沸石等，但这些材料普遍存在修复效果差、使用寿命短等缺点，尤其对于多价态的重金属砷而言，这些材料对于As(III)的去除率较低，往往需要进行预氧化前处理。因此，急需开发一种高效、廉价、可同时去除地下水中As(III)和As(V)的介质材料。
发明内容
本发明目的在于提供一种去除地下水重金属砷污染的介质材料。
本发明的又一目的在于提供上述介质材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的介质材料，是由锰矿石、海泡石、秸秆、动物粪便、活性污泥和活性菌剂按质量比1:0.2～0.5:0.5～1:0.2～0.4:0.2～0.4:0.0005～0.002经过混合、堆肥、碳化、破碎后形成平均粒径为1～3cm的颗粒材料。
所述的介质材料中：锰矿石为硬锰矿，平均粒径为0.5～4cm；海泡石平均粒径为0.5～3cm；秸秆为玉米秸秆，长度为2～5cm；动物粪便为粉碎的牛羊粪便，含水量低于40％；活性菌剂为液态锰氧化菌与木质纤维素降解菌，按质量比为2～4:1混合而成；活性污泥取自污水处理厂沉淀池中的剩余污泥，污泥指数在100～150之间。
本发明提供的制备上述介质材料的方法，主要步骤为：
1)将锰矿石、海泡石、秸秆、动物粪便和活性污泥按照质量比1:0.2～0.5:0.5～1:0.2～0.4:0.2～0.4均匀混合，在此过程中不断加入配制好的活性菌剂，活性菌剂的加入量与锰矿石的质量比为0.0005～0.002:1；
2)配制好的混合物放入堆肥反应器中进行堆肥处理，通过不定期翻堆和喷洒水，保障良好的堆肥环境；
3)堆肥完成后，将堆肥产品放入干馏釜中进行干馏碳化，干馏碳化的最终温度控制在370～400℃，冷却后得到碳化产品；
4)将碳化产品进行破碎造粒成平均粒径为1～3cm的颗粒，即为目标产物。
所述的方法，其中：锰矿石为硬锰矿，平均粒径为0.5～4cm；海泡石的平均粒径为0.5～3cm；秸秆为玉米秸秆，长度为2～5cm；动物粪便为牛羊粪便，含水量低于40％；活性污泥取自污水处理厂沉淀池中的剩余污泥，污泥指数在100～150之间；活性菌剂为液态锰氧化菌与木质纤维素降解菌，质量比为2～4:1。
所述的方法，其中，在堆肥前1/3时期，每3～4天进行一次翻堆；中期每7天进行一次翻堆；后1/3时期每12天进行一次翻堆。
所述的方法，其中，每次翻堆的同时对堆肥原料喷洒水以使其含水率始终保持在60％。
本发明的介质材料，具有如下几个优点：
1、本发明的介质材料经过堆肥处理后具有较高的氧化活性，可以将毒性强的As(III)氧化成低毒性的As(V)，氧化率在95％以上；
2、本发明的介质材料具有不规则的空间结构，使其具备更高的吸附活性，有利于砷嵌入到该空间结构中。
3、本发明的介质材料安全环保，使用寿命长，不会造成地下水的二次污染。
具体实施方式
本发明的介质材料，是由锰矿石、海泡石、秸秆、动物粪便、活性污泥和活性菌剂经混合、堆肥、碳化、破碎过程制得，可有效去除地下水中的重金属砷。
本发明提供的介质材料为颗粒状，是由锰矿石、海泡石、秸秆、动物粪便、活性污泥和活性菌剂按比例经过混合、堆肥、碳化、破碎成的平均粒径为1～3cm的颗粒状物质。其中，锰矿石为平均粒径在0.5～4m之间的硬锰矿，海泡石平均粒径为0.5～3cm，秸秆采用长度为2～5cm的玉米秸秆，动物粪便为含水量低于40％的牛羊粪便，活性污泥取自污水处理厂沉淀池中的剩余污泥(SVI在100～150之间)，活性菌剂是质量比为2～4:1的液态锰氧化菌和木质素纤维降解菌。锰矿石、海泡石、秸秆、动物粪便和活性污泥按质量比为1:0.2～0.5:0.5～1:0.2～0.4:0.2～0.4进行充分混合，在此过程中不断加入配制好的活性菌剂，加入量与锰矿石的质量比为0.0005～0.002:1。将配制好的混合物放入堆肥反应器中进行堆肥，堆肥时间为30～40周，通过不定期翻堆和喷洒水以保障良好的堆肥环境，其中，前1/3时期每3～4天进行一次翻堆，中期每7天进行一次翻堆，后1/3时期每12天进行一次翻堆。每次翻堆时，喷洒水以使堆肥原料含水率始终控制在60％。堆肥完成后，将堆肥产品放入干馏釜中进行干馏碳化，控制碳化最终温度在370～400℃，总碳化时间为6～12h，干馏产品冷却后进行破碎造粒，最终得到平均粒径为1～3cm的介质材料。
实施例1
将2kg硬锰矿颗粒(0.5～2cm)，400g海泡石(0.5～2cm)，1.5kg长度为3cm的玉米秸秆，350g牛粪，400g活性污泥充分混合，在此过程中不断加入以20g液态锰氧化菌和5g液态木质纤维素降解菌配置成的活性菌剂。混合均匀后，将混合物放入堆肥反应器中进行堆肥处理，堆肥时间为30周，前10周每4天进行一次翻堆；11～20周每7天进行一次翻堆；后10周每12天进行一次翻堆。每次翻堆时，喷洒水以使堆肥原料含水率始终控制在60％左右。堆肥完成后，将堆肥产品放入干馏釜中进行干馏碳化，碳化最终温度控制在380℃左右，总碳化时间为8h，冷却后进行破碎造粒，得到平均粒径为1～3cm的介质材料。
将所制备的50kg介质材料作为可渗透反应墙的活性介质材料，修复砷污染(As(III)浓度为0.3mg/L,As(V)浓度为0.2mg/L)的地下水。可渗透反应墙运行两个月期间，通过检测分析两种形态的砷在固液相的含量，得到该介质材料对As(III)的氧化率为95.4％，对总As的吸附率保持在96.1～97.2％之间。
实施例2
将5kg硬锰矿颗粒(0.5～1cm)，2kg海泡石(1～3cm)，2.5kg长度为4cm的玉米秸秆，1.5kg牛粪，1.2kg活性污泥充分混合，在此过程中不断加入以60g液态锰氧化菌和15g液态木质纤维素降解菌配置成的活性菌剂。混合均匀后，将混合物放入堆肥反应器中进行堆肥处理，堆肥时间为36周，前12周每4天进行一次翻堆；13～24周每7天进行一次翻堆；后12周每12天进行一次翻堆。每次翻堆时，喷洒水以使堆肥原料含水率始终控制在60％。堆肥完成后，将堆肥产品放入干馏釜中进行干馏碳化，碳化最终温度控制在390℃左右，总碳化时间为7h，冷却后进行破碎造粒，得到平均粒径为1～3cm的介质材料。
将所制备的50kg介质材料作为可渗透反应墙的活性介质材料，修复砷污染(As(III)浓度为0.5mg/L,As(V)浓度为0.5mg/L)的地下水。可渗透反应墙运行两个月期间，通过检测分析两种形态的砷在固液相的含量，得到该介质材料对As(III)的氧化率为96.9％，对总As的吸附率保持在96.4～97.8％之间。

Claims (6)

1.一种去除地下水重金属砷污染的介质材料，是由锰矿石、海泡石、秸秆、动物粪便、活性污泥和活性菌剂按质量比1∶0.2～0.5∶0.5～1∶0.2～0.4∶0.2～0.4∶0.0005～0.002经过混合、堆肥、碳化、破碎后形成平均粒径为1～3cm的颗粒材料；其中，活性菌剂为液态锰氧化菌与木质纤维素降解菌，按质量比为2～4∶1混合而成。
2.根据权利要求1所述的介质材料，其中：
锰矿石为硬锰矿，平均粒径为0.5～4cm；
海泡石平均粒径为0.5～3cm；
秸秆为玉米秸秆，长度为2～5cm；
动物粪便为粉碎的牛羊粪便，含水量低于40％；
活性污泥取自污水处理厂沉淀池中的剩余污泥，污泥指数在100～150之间。
3.制备权利要求1所述介质材料的方法，主要步骤为：
1)将锰矿石、海泡石、秸秆、动物粪便和活性污泥按照质量比1∶0.2～0.5∶0.5～1∶0.2～0.4∶0.2～0.4均匀混合，在此过程中不断加入配制好的活性菌剂，活性菌剂为液态锰氧化菌与木质纤维素降解菌，质量比为2～4∶1，活性菌剂的加入量与锰矿石的质量比为0.0005～0.002∶1；
2)配制好的混合物放入堆肥反应器中进行堆肥处理，通过不定期翻堆和喷洒水，保障良好的堆肥环境；
3)堆肥完成后，将堆肥产品放入干馏釜中进行干馏碳化，干馏碳化的最终温度控制在370～400℃，冷却后得到碳化产品；
4)将碳化产品进行破碎造粒成平均粒径为1～3cm的颗粒，即为目标产物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
锰矿石为硬锰矿，平均粒径为0.5～4cm；
海泡石的平均粒径为0.5～3cm；
秸秆为玉米秸秆，长度为2～5cm；
动物粪便为牛羊粪便，含水量低于40％；
活性污泥取自污水处理厂沉淀池中的剩余污泥，污泥指数在100～150之间。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，在堆肥前1/3时期，每3～4天进行一次翻堆；中期每7天进行一次翻堆；后1/3时期每12天进行一次翻堆。
6.根据权利要求3或5所述的方法，其中，每次翻堆的同时对堆肥原料喷洒水以使其含水率始终保持在60％。
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