CN105948165A - 一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，属于地下水重金属污染修复技术领域。该方法包括如下步骤：(1)在PRB进水区和出水区，均填充粒径为20‑50目的石英砂层，填充高度2‑5cm，填充内径2‑4cm，得到填充好的PRB进水区和出水区；(2)在PRB反应区，填充活性介质材料，填充高度40‑60cm，填充内径2‑4cm，得到填充好的PRB反应区；(3)将待处理的污水，先通过填充好的PRB的进水区，再通过填充好的PRB反应区，最后通过填充好的PRB出水区，即得到处理过的污水。采用本发明的方法，可根据污染场地的分区渗透系数，最大程度捕捉污染羽，实现原位分区修复地下水重金属铅、锌、镉污染。

Description

一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法
技术领域
本发明涉及一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，属于地下水重金属污染修复技术领域。
背景技术
反应渗透墙(Permeable Reactive Barrier，PRB)是一种地下水原位修复技术，处理和维护成本低廉，被认为是最具潜力的地下水修复技术，其对污染场地的水文地质条件要求高，首先PRB的原位安装不能影响污染场地的水文地质条件，这要求PRB渗透系数是场地含水层渗透系数的2倍以上甚至更多。渗透系数是PRB正常运行的关键参数之一，其与PRB活性填充材料的选择密切相关。若PRB渗透系数小于含水层渗透系数，受污染地下水将绕过渗透系数相对较小的反应墙，选择从PRB底部通过；但是PRB渗透系数不能过大，应确保足够的水力停留时间，使受污染地下水流经PRB时，重金属污染物被截留去除。由此可见，可渗透反应墙原位修复重金属污染地下水，需要在维持PRB系统稳定的渗透性能和保证重金属净化效果之间寻求平衡点。目前，国内外学者对PRB系统净化去除重金属污染物进行了大量的研究，而对于不同介质填充材料组合条件下PRB渗透性能的研究还比较少，考虑PRB系统稳定的渗透性能同时可用于治理重金属污染的研究尚未见报道。
对于水文地质条件复杂，特别是岩溶地区地下水重金属污染的修复，由于含水层属于非均质的复杂系统，区域渗透系数相差较大，单一PRB原位修复难以确保稳定处理效果，针对现有可渗透反应墙工艺尚未提出根据实际需要调整可渗透反应墙的渗透性，解决可渗透反应墙在实际应用中污染场地渗透性呈不均匀分布的问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法。水文地质条件复杂，特别是岩溶地区，含水层属于非均质的复杂系统，渗透性呈不均匀分布，采用本发明的方法，可根据污染场地的分区渗透系数，最大程度捕捉污染羽，实现原位分区修复地下水重金属铅、锌、镉污染。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，包括如下步骤：
(1)在PRB进水区和出水区，均填充粒径为20-50目的石英砂层，填充高度2-5cm，填充内径2-4cm，得到填充好的PRB进水区和出水区；
(2)在PRB反应区，填充活性介质材料，填充高度40-60cm，填充内径2-4cm，得到填充好的PRB反应区；
(3)将待处理的污水，先通过步骤(1)填充好的PRB的进水区，再通过步骤(2)填充好的PRB反应区，最后通过步骤(1)填充好的PRB出水区，即得到处理过的污水。
水文地质条件复杂，特别是岩溶地区，含水层属于非均质的复杂系统，渗透性呈不均匀分布，采用本发明的方法，可根据污染场地的分区渗透系数，最大程度捕捉污染羽，实现原位分区修复地下水重金属铅、锌、镉污染。
PRB反应装置的进水瓶采用医用莫菲氏滴管吊瓶，流速可调，入水方式为从上往下渗流，沿水流方向依次设置进水区、反应区及出水区，进水区1为石英砂层，起均匀布水作用，保证反应区活性介质材料的处理效果，防止反应区短流或堵塞，出水区为石英砂层，下部设取样口。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，步骤(2)中，所述活性介质材料为以下两种混合物中的一种：重量百分数80-94％、粒径≤16目的红辉沸石和重量百分数6-20％、粒径100-200目的膨润土的混合物；或者重量百分数80-94％、粒径≤10目的斜发沸石和重量百分数6-20％、粒径100-200目的膨润土的混合物。
采用上述进一步的有益效果是：采用斜发沸石、红辉沸石及膨润土作为PRB系统反应区的活性介质填充材料，这些天然矿物材料资源丰富、价格低廉及污染少，具有较大的离子交换及吸附能力，可吸附去除水体中的重金属，同时利用膨润土吸湿膨胀性，通过粒度与配比的优化研究实现PRB系统渗透系数可控性。
更进一步，重量百分数80-94％、粒径≤16目的红辉沸石和重量百分数6-20％、粒径100-200目的膨润土的混合物，其渗透系数为3.2×10-4-78.2×10-4cm/s。
采用上述更进一步的有益效果是：水文地质条件复杂，特别是岩溶地区，含水层属于非均质的复杂系统，渗透性呈不均匀分布，根据污染场地的分区渗透系数，选择相应渗透系数的红辉沸石及膨润土活性填充材料配比组合，实现分区修复地下水重金属铅、锌、镉污染。
更进一步，重量百分数80-94％、粒径≤10目的斜发沸石和重量百分数6-20％、粒径100-200目的膨润土的混合物，其渗透系数为1.6×10-4-27.0×10-4cm/s。
采用上述更进一步的有益效果是：针对水文地质条件复杂，特别是岩溶地区，含水层属于非均质的复杂系统，渗透性呈不均匀分布，根据污染场地的分区渗透系数，选择相应渗透系数的斜发沸石及膨润土活性填充材料配比组合，实现分区修复地下水重金属铅、锌、镉污染。
本发明的有益效果是：
1.水文地质条件复杂，特别是岩溶地区，含水层属于非均质的复杂系统，渗透性呈不均匀分布，采用本发明的方法，可根据污染场地的分区渗透系数，最大程度捕捉污染羽，实现原位分区修复地下水重金属铅、锌、镉污染。
2.本发明采用斜发沸石、红辉沸石及膨润土作为PRB系统反应区的活性介质填充材料，这些天然矿物材料资源丰富、价格低廉及污染少，具有较大的离子交换及吸附能力，可吸附去除水体中的重金属，同时利用膨润土吸湿膨胀性，通过粒度与配比的优化研究实现PRB系统渗透系数可控性。
3.本发明的方法可应用于原位治理地下水重金属污染中，且方法简单，市场前景广阔，适合规模化推广。
附图说明
图1为本发明的PRB反应装置示意图。
图中：1-进水区，2-反应区，3-出水区，4-取样口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例的一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，包括如下步骤：
(1)如图1所示，在PRB进水区1和出水区3，均填充粒径为20目的石英砂层，填充高度2cm，填充内径4cm，得到填充好的PRB进水区1和出水区3；
(2)在PRB反应区2，填充重量百分数86％、粒径16目的红辉沸石和重量百分数14％、粒径100目的膨润土的混合物为活性介质材料，渗透系数(平均值)：5.1×10-4cm/s，填充高度40cm，填充内径4cm，得到填充好的PRB反应区2；
(3)将Pb浓度20mg/L的待处理的污水，先通过步骤(1)填充好的PRB的进水区1，再通过步骤(2)填充好的PRB反应区2，最后通过步骤(1)填充好的PRB出水区3，连续运行一周后，从取样口4取样，即得到Pb浓度0.01mg/L处理过的污水，Pb去除率达99.95％。
实施例2
本实施例的一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，包括如下步骤：
(1)如图1所示，在PRB进水区1和出水区3，均填充粒径为40目的石英砂层，填充高度3.5cm，填充内径3cm，得到填充好的PRB进水区1和出水区3；
(2)在PRB反应区2，填充重量百分数91％、粒径10目的斜发沸石和重量百分数9％、粒径200目的膨润土的混合物为活性介质材料，渗透系数(平均值)：9.6×10-3cm/s，填充高度50cm，填充内径3cm，得到填充好的PRB反应区2；
(3)将Cd浓度20mg/L的待处理的污水，先通过步骤(1)填充好的PRB的进水区1，再通过步骤(2)填充好的PRB反应区2，最后通过步骤(1)填充好的PRB出水区3，连续运行一周后，从取样口4取样，即得到Cd浓度0.001mg/L处理过的污水，Cd去除率达99.995％。
实施例3
本实施例的一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，包括如下步骤：
(1)如图1所示，在PRB进水区1和出水区3，均填充粒径为50目的石英砂层，填充高度5m，填充内径2cm，得到填充好的PRB进水区1和出水区3；
(2)在PRB反应区2，填充重量百分数80％、粒径10-16目的斜发沸石和重量百分数20％、粒径100目的膨润土的混合物为活性介质材料，渗透系数(平均值)：6.2×10-3cm/s，填充高度60cm，填充内径2cm，得到填充好的PRB反应区2；
(3)将Pb浓度11.6mg/L的待处理的污水，先通过步骤(1)填充好的PRB的进水区1，再通过步骤(2)填充好的PRB反应区2，最后通过步骤(1)填充好的PRB出水区3，连续运行一周后，从取样口4取样，即得到Pb浓度0.01mg/L处理过的污水，Pb去除率达99.95％。
实施例4
本实施例的一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，包括如下步骤：
(1)如图1所示，在PRB进水区1和出水区3，均填充粒径为20目的石英砂层，填充高度5m，填充内径3cm，得到填充好的PRB进水区1和出水区3；
(2)在PRB反应区2，填充重量百分数94％、粒径16-20目的红辉沸石和重量百分数6％、粒径100目的膨润土的混合物为活性介质材料，渗透系数(平均值)：1.4×10-3cm/s，填充高度45cm，填充内径3cm，得到填充好的PRB反应区2；
(3)将Cd浓度15.2mg/L的待处理的污水，先通过步骤(1)填充好的PRB的进水区1，再通过步骤(2)填充好的PRB反应区2，最后通过步骤(1)填充好的PRB出水区3，连续运行一周后，从取样口4取样，即得到Cd浓度0.001mg/L处理过的污水，Cd去除率达99.99％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在PRB进水区和出水区，均填充粒径为20-50目的石英砂层，填充高度2-5cm，填充内径2-4cm，得到填充好的PRB进水区和出水区；
(2)在PRB反应区，填充活性介质材料，填充高度40-60cm，填充内径2-4cm，得到填充好的PRB反应区；
(3)将待处理的污水，先通过步骤(1)填充好的PRB的进水区，再通过步骤(2)填充好的PRB反应区，最后通过步骤(1)填充好的PRB出水区，即得到处理过的污水。
2.根据权利要求1所述的一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述活性介质材料为以下两种混合物中的一种：重量百分数80-94％、粒径≤16目的红辉沸石和重量百分数6-20％、粒径100-200目的膨润土的混合物；或者重量百分数80-94％、粒径≤10目的斜发沸石和重量百分数6-20％、粒径100-200目的膨润土的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，其特征在于，重量百分数80-94％、粒径≤16目的红辉沸石和重量百分数6-20％、粒径100-200目的膨润土的混合物，其渗透系数为3.2×10-4-78.2×10-4cm/s。
4.根据权利要求2所述的一种可调控可渗透反应墙渗透性能的方法，其特征在于，重量百分数80-94％、粒径≤10目的斜发沸石和重量百分数6-20％、粒径100-200目的膨润土的混合物，其渗透系数为1.6×10-4-27.0×10-4cm/s。
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