CN107265665A - 一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107265665A CN107265665A CN201710660666.3A CN201710660666A CN107265665A CN 107265665 A CN107265665 A CN 107265665A CN 201710660666 A CN201710660666 A CN 201710660666A CN 107265665 A CN107265665 A CN 107265665A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- raw material
- aromatic
- underground water
- containing nitro
- reaction wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 105
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 61
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 50
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 71
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229960000892 attapulgite Drugs 0.000 claims abstract description 23
- 229910052625 palygorskite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 68
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 34
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 19
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims description 15
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims description 15
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 229910002549 Fe–Cu Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 12
- 238000007605 air drying Methods 0.000 claims description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 10
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 10
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 claims description 8
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 claims description 8
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 8
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 8
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 8
- 239000010903 husk Substances 0.000 claims description 8
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 7
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 12
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 11
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 11
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005067 remediation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 abstract 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 abstract 1
- BFCFYVKQTRLZHA-UHFFFAOYSA-N 1-chloro-2-nitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1Cl BFCFYVKQTRLZHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 9
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 6
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 4
- LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N nitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1 LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 3
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 3
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 3
- -1 chloride arene compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical group 0.000 description 3
- 238000006298 dechlorination reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 241000605059 Bacteroidetes Species 0.000 description 1
- 206010007269 Carcinogenicity Diseases 0.000 description 1
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001263448 Mycetozoa Species 0.000 description 1
- 241000269799 Perca fluviatilis Species 0.000 description 1
- 241000192142 Proteobacteria Species 0.000 description 1
- 208000031320 Teratogenesis Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003905 agrochemical Substances 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 231100000260 carcinogenicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000007670 carcinogenicity Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007886 mutagenicity Effects 0.000 description 1
- 231100000299 mutagenicity Toxicity 0.000 description 1
- FHWRLVLDNKNYGD-UHFFFAOYSA-N nitrobenzene;hydrochloride Chemical compound Cl.[O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1 FHWRLVLDNKNYGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000636 p-nitrophenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C(=C([H])C([H])=C1*)[N+]([O-])=O 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/70—Treatment of water, waste water, or sewage by reduction
- C02F1/705—Reduction by metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F2003/001—Biological treatment of water, waste water, or sewage using granular carriers or supports for the microorganisms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法,属于地下水修复技术领域。本发明中的复合材料包括内核、填充层和外壳,内核材料为凹凸棒土,填充层包括:还原剂10.4~15.3%,释碳原料33.3~35.1%,塑性粘结原料21.7~26%,高渗透性原料9~10.8%,余量为粘合剂。外壳包括:高渗透性原料10.5~11.9%,塑性粘结原料66.7~70.9%,余量为粘合剂。本复合材料具有缓慢释放还原剂和碳源的效果,成本低廉,制备方法简便,环保无污染,可快速有效地去除含氯含硝基芳烃污染物,在地下水污染修复领域有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于地下水修复技术领域,更具体地说,涉及一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法。
背景技术
含氯含硝基芳烃是重要的有机原料,广泛应用于染料、医药、农药、橡胶助剂、工程塑料等领域。我国已成为含氯含硝基芳烃的主要生产国与供应国,产量占到全球生产量的60%,但含氯含硝基芳烃是一种持久性的有机污染物,毒性较大,且具有致畸性、强致癌性和致基因突变性,生物降解性差,严重威胁生态环境的安全。由于含氯含硝基芳烃在生产和存储过程中会有部分渗透到土壤和地下水中,再加上含该物质工业废水的肆意排放,因此其造成的环境污染问题日益突出。美国环保局于1976年公布的129种优先控制污染物中,含氯含硝基芳烃就占25种;在我国,1989年国家环保局提出的“水中优先控制污染物”名单中,有11种含氯芳烃类化合物,约占有毒有机物总数的19%,由此可见,含氯含硝基芳烃等典型有机污染物的环境行为、生态毒理及其污染现状受到世界各国重视,开展高效、经济的含氯含硝基芳烃有毒有机物污染的控制与修复技术研究尤为迫切。
近年来,可渗透性反应墙(PRB)技术已经逐渐成为一种较为成熟的且受人们青睐的地下水原位修复技术,利用可渗透性反应墙技术修复含氯硝基苯污染的地下水,其中最为关键的是对可渗透性反应墙复合材料的研发。公开日为2012年4月18日的中国专利201110313811.3公开了一种用于修复硝基苯污染地下水的渗透反应介质,是由零价铁和秸秆粉采用粘合剂胶结成颗粒状,零价铁粉和秸秆粉的含量分别为25%~35%和55%~65%,粘合剂含量占6%~11%。该发明选用零价铁粉和秸秆粉末作为渗透反应墙填充介质的原材料,两者胶合成颗粒状,能将化学反应及物理吸附合理地结合,对硝基苯的处理效果良好,修复周期短、无二次污染。但是该发明复合材料对于含有其他取代基团的硝基苯化合物并未见报道。而且秸秆作为渗透反应墙填充介质的原材料沤水后,水色容易变黄,其产生的色度问题对水质有一定的影响,同时,秸秆作为释碳原料也存在长效性的问题,有实验数据证明,在淹水条件下,秸秆中有机碳降解半衰期为0.88年。此外,单纯的零价铁粉通过化学反应并不能将含氯含硝基芳烃完全脱氯去除,因为催化加氢反应只有在双金属体系催化作用下才能够发挥作用,因此,该发明渗透反应介质用于地下水中含氯含硝基污染物去除的有效性和长效性不能保证。
发明内容
1.要解决的问题
由于现有地下水中含氯含硝基芳烃污染物去除存在的去除效果差、有效时间短的问题,本发明提供一种用于地下水中含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法,制备操作简便,所制得材料的生物相容性好,环保无污染,可高效、快速持久地去除含氯含硝基芳烃目标污染物。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,包括内核、填充层和外壳,所述内核的组成材料为凹凸棒土;所述填充层由如下质量百分比的组分组成:还原剂10.4~15.3%,释碳原料33.3~35.1%,塑性粘结原料21.7~26%,高渗透性原料9~10.8%,余量为粘合剂;所述外壳由如下质量百分比的组分组成:高渗透性原料10.5~11.9%,塑性粘结原料66.7~70.9%,余量为粘合剂。
更进一步地,所述内核中的凹凸棒土的粒径为150~200目。
更进一步地,所述还原剂为Fe-Cu双金属。
更进一步地,所述Fe-Cu双金属中Cu2+占Fe0的质量的0.9%,粒径为100目。
更进一步地,所述释碳原料为椰壳生物炭,裂解温度为400℃,粒径为100~200目。
更进一步地,所述塑性粘结原料为凹凸棒土、水泥中的一种或两种,所述凹凸棒土的粒径为150~200目,所述水泥的粒径为80~100目。
更进一步地,所述高渗透性原料为硅藻土,粒径为150~200目。
更进一步地,所述粘合剂为海藻酸钠和水的混合物,所述混合物中海藻酸钠和水的质量比为1:100。
更进一步地,所述可渗透性反应墙复合材料与石英砂按体积比5:5~3:7均匀混合使用,所述石英砂的粒径为2~4mm。
用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将凹凸棒土粉末在造粒机中滚动制成内核小球,粒径为1~2mm,自然风干备用;
(2)将还原剂、释碳原料、高渗透性原料和塑性粘结原料按所述质量百分比混匀成填充层混合原料,将少量所述混合原料撒入造粒机中,开启造粒机电源,并撒入步骤(1)中的内核小球,不断添加混合原料,并喷入粘合剂,直至材料的填充层滚至预期厚度,此时粒径为0.5~0.8cm;
(3)将步骤(2)所制备材料进行自然风干;
(4)将塑性粘结原料和高渗透性原料按照相应比例混匀制成外壳混合原料,并撒入造粒机,之后将步骤(3)风干后的材料放入造粒机中,开启造粒机电源,使混合原料和步骤(3)所制备材料在造粒机中转动混合,并不断喷入粘合剂,直至材料的外壳滚至预期厚度,此时外壳厚度为0.8~1mm;
(5)将步骤(4)制备好的复合材料自然风干,得到用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明复合材料采用可持久稳定释放碳源的生物炭,以及能够使地下水保持较强还原环境的Fe-Cu双金属以及各种塑性粘结原料和高渗透性原料,该复合材料对含氯含硝基芳烃的去除效果显著,去除率可达100%;
(2)本发明复合材料以生物炭作为释碳原料,不仅可以缓释碳源,而且其具有大量的微孔,为微生物栖息和繁殖提供了一个良好的环境,减少了微生物之间的生存竞争,使其可以旺盛的生存和繁衍;同时,生物炭可以增加pH提高微生物群落的呼吸代谢速率,改善微生物对基质利用的格局;
(3)本发明复合材料以Fe-Cu双金属作为还原剂,Cu负载于Fe0表面,呈疏松层状结构,在Fe0与含氯含硝基芳烃的反应中起催化剂作用,通过自身化合态变化传递Fe0失去的电子,提高Fe0的利用率;
(4)本发明复合材料对含氯含硝基芳烃的有效去除时间长,主要是因为复合材料主要组成成分的协同作用,一是因为Cu的存在加速了Fe0的利用率,从而形成强的还原环境,通过化学反应使含氯含硝基芳烃污染物脱硝基、脱氯,实现无二次污染去除;二是因为本发明复合材料的释碳原料为生物炭,其可以持续稳定的释放碳源和为微生物提供适宜的生长繁殖环境,从而可以自行驯化含氯含硝基芳烃降解菌的生长,无需添加外源菌,通过微生物降解的作用将含氯含硝基芳烃完全脱硝基、脱氯,无二次污染的产生;通过复合材料各成分的协同综合作用,实现对污染物的持续有效去除,并且实验结果显示二维柱实验运行到400d时,含氯含硝基芳烃的去除率仍可达到100%并维持稳定。
附图说明
图1为对比例的复合材料在5:5~3:7体积比时对邻氯硝基苯的去除率变化示意图;
图2为实施例1的复合材料在5:5~3:7体积比时对邻氯硝基苯的去除率变化示意图;
图3为实施例2的复合材料在5:5~3:7体积比时对邻氯硝基苯的去除率变化示意图;
图4为实施例3的复合材料在5:5~3:7体积比时对邻氯硝基苯的去除率变化示意图;
图5为柱实验运行0天和200天时,对比例的复合材料中所提取的微生物DNA浓度的变化;
图6为柱实验运行0天和200天时,对比例的复合材料中含氯含硝基芳烃降解菌的变化示意图;
图7为柱实验运行0天和200天时,实施例1、2、3复合材料中所提取的微生物DNA浓度的变化;
图8为柱实验运行0天和200天时,实施例1复合材料中含氯含硝基芳烃降解菌的变化示意图;
图9为柱实验运行0天和200天时,实施例2复合材料中含氯含硝基芳烃降解菌的变化示意图;
图10为柱实验运行0天和200天时,实施例3复合材料中含氯含硝基芳烃降解菌的变化示意图;
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
对比例
对比例的复合功能材料包括内核、填充层和外壳;所述内核的组成材料为木块,填充层包括:释碳原料34%,塑性粘结原料24%,还原剂12%,粘合剂为30%;外壳包括:塑性粘结原料56.8%,高渗透性原料20%,粘合剂为23.2%。所述释碳原料为秸秆,所述塑性粘结原料为凹凸棒土,所述还原剂为还原铁粉,所述粘合剂为海藻酸钠和水的混合物,所述高渗透性原料为硅藻土,其制备步骤为:
(1)将海藻酸钠粉末均匀撒入水中,并同时快速搅拌,配成粘合剂备用,海藻酸钠和水的质量百分比为1:100;
(2)将还原铁粉、释碳原料和塑性粘结原料按所述质量百分比混匀成填充层混合原料,将少量所述混合原料撒入造粒机中,开启造粒机电源,并撒入小木块,不断添加混合原料,并喷入粘合剂,直至材料的填充层滚至预期厚度,此时粒径约为0.5cm;
(3)将步骤(2)所制备材料进行自然风干;
(4)将塑性粘结原料和高渗透性原料按照相应比例混匀制成外壳混合原料,并撒入造粒机,之后将步骤(3)风干后的材料放入造粒机中,开启造粒机电源,使混合原料和步骤(3)所制备材料在造粒机中转动混合,并不断喷入粘合剂,直至材料的外壳滚至预期厚度,此时外壳厚度约为0.8mm;
(5)将步骤(4)制备好的复合材料自然风干,得到用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,经测试填充层的粒径在0.5cm时,颗粒强度达到42N/颗,复合功能材料颗粒强度达到50N/颗,且该复合功能材料的硬度能够达到在水中浸泡3周不破碎的程度。
利用与实施例1相同的步骤进行PRB二维柱实验,本对比例的复合材料分别与石英砂在5:5、4:6和3:7三种体积比条件下进行实验,所得到的对邻氯硝基苯的去除实验结果见图1。
实施例1
本实施例1的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,包括内核、填充层和外壳,其内核为凹凸棒土,其填充层由如下质量百分比的组分组成:还原剂Fe-Cu双金属10.4%,主要为含氯含硝基芳烃的去除营造强的还原环境,释碳原料为椰壳生物炭35.1%,主要是保证微生物生长所需的碳源;塑性粘结原料凹凸棒土26%,主要把所有原材料粘结起来并保持一定的硬度;高渗透性原料硅藻土10.8%,主要是为微生物的生长繁殖提供天然的孔道,并保证复合材料可缓释还原剂和碳源;粘合剂(海藻酸钠和水的混合物)为17.7%,主要增加材料的粘合度从而保证更好的硬度。所述的外壳具有包覆保护作用,由如下质量百分比的组分组成:高渗透性原料硅藻土10.5%,塑性粘结原料70.9%(普通硅酸盐水泥22.1%,凹凸棒土48.8%),粘合剂(海藻酸钠和水的混合物)为18.6%。本实施例的复合功能材料所用的Fe-Cu双金属中Cu2+占Fe0的质量的0.9%,粒径为100目,椰壳生物炭制备时的裂解温度为400℃,粒径为100目,凹凸棒土和硅藻土的粒径为150目,水泥的粒径为80目。
用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料制备步骤为:
(1)将海藻酸钠粉末均匀撒入水中,并同时快速搅拌,配成粘合剂备用,海藻酸钠和水的质量百分比为1:100;
(2)将零价铁粉置于0.5mol/L的盐酸溶液中,酸化5min,用清水冲洗干净,置于干燥烧杯中,室温风干过筛后备用,粒径为100目;
(3)称取2.6374g CuCl2·2H2O配制1000ppm的Cu2+标准液备用;
(4)量取一定量的Cu2+标准液于干燥的烧杯中,与一定量的铁粉混合,搅拌半小时,得到Fe-Cu双金属,最后,将双金属分别置于干燥烧杯中,室温风干后过筛备用,粒径为100目,所得Fe-Cu双金属中Cu2+占Fe0的质量的0.9%,粒径为100目;
(5)将凹凸棒土粉末在造粒机中滚动制成内核小球,粒径为1mm,自然风干备用;
(6)将还原剂、释碳原料、高渗透性原料和塑性粘结原料按所述质量百分比混匀成填充层混合原料,将少量所述混合原料撒入造粒机中,开启造粒机电源,并撒入步骤(5)中的内核小球,不断添加混合原料,并喷入粘合剂,直至材料的填充层滚至预期厚度,此时粒径约为0.5cm;
(7)将步骤(6)所制备材料进行自然风干;
(8)将塑性粘结原料和高渗透性原料按照相应比例混匀制成外壳混合原料,并撒入造粒机,之后将步骤(7)风干后的材料放入造粒机中,开启造粒机电源,使混合原料和步骤(7)所制备材料在造粒机中转动混合,并不断喷入粘合剂,直至材料的外壳滚至预期厚度,此时外壳厚度约为0.8mm;
(9)将步骤(8)制备好的复合材料自然风干,得到用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,经测试,填充层的粒径在0.5cm时,颗粒强度达到43N/颗,复合功能材料颗粒强度达到51N/颗,且该复合功能材料的硬度能够达到在水中浸泡3周不破碎的程度。
将上述复合材料与石英砂(粒径2~4mm)分别按体积比5:5、4:6和3:7填充玻璃柱(长度50cm,直径4cm),进行PRB二维柱实验,具体步骤如下:
(1)将直径2~4mm的石英砂用自来水淘洗并烘干备用;
(2)将经过干燥的复合材料与石英砂分别按体积比5:5、4:6和3:7混合均匀;
(3)将混合均匀的复合材料和石英砂缓慢倒入玻璃装置中,同时用橡胶锤夯实;
(4)用蠕动泵将纯水通入装置中,将复合材料和石英砂中夹杂的杂质冲出,并且让整个柱内系统保持充水连贯状态;
(5)邻氯硝基苯是一种具有代表性的含氯含硝基芳烃,对邻氯硝基苯的处理基本可以代表本发明的复合材料对含氯含硝基芳烃的处理效果。将配置好的含邻氯硝基苯的地下水(浓度为10mg/L)通过蠕动泵不断通入玻璃装置中,模拟地下水流速为100uL/min,停留时间44h,渗透系数为27cm/d,并定期接水样,用高效液相色谱测定进出口邻氯硝基苯浓度的变化。
本实施例1的复合材料分别与石英砂在5:5、4:6和3:7三种体积比条件下进行实验,所得到的对邻氯硝基苯的去除实验结果见图2。
实施例2
本实施例2的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,基本同实施例1,不同之处在于:填充层由如下质量百分比的组分组成:还原剂Fe-Cu双金属为12%,释碳原料为椰壳生物炭34%,塑性粘结原料凹凸棒土23%,高渗透性原料硅藻土9.5%,粘合剂(海藻酸钠和水的混合物)为21.5%。所述的外壳由如下质量百分比的组分组成:高渗透性原料硅藻土11%,塑性粘结原料66.7%(普通硅酸盐水泥20.9%,凹凸棒土45.8%),粘合剂(海藻酸钠和水的混合物)为22.3%。本实施例的复合功能材料所用的椰壳生物炭为150目,凹凸棒土和硅藻土为170目,水泥为90目。
用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料制备步骤与实施例1基本相同,所不同之处在于,步骤(5)内核小球的粒径为1.5mm,步骤(6)所制备材料的粒径为0.6cm,步骤(8)外壳的厚度为0.9mm。
经测试,本实施例2所制备复合材料的颗粒强度达到46N/颗,复合功能材料颗粒强度达到54N/颗,且该复合功能材料的硬度能够达到在水中浸泡3周不破碎的程度。
利用与实施例1相同的步骤进行PRB二维柱实验,本实施例2的复合材料分别与石英砂在5:5、4:6和3:7三种体积比条件下进行实验,所得到的对邻氯硝基苯的去除实验结果见图3。
实施例3
本实施例3的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,基本同实施例1,不同之处在于:填充层由如下质量百分比的组分组成:还原剂Fe-Cu双金属为15.3%,释碳原料为椰壳生物炭33.3%,塑性粘结原料凹凸棒土21.7%,高渗透性原料硅藻土9%,粘合剂(海藻酸钠和水的混合物)为20.7%。所述的外壳由如下质量百分比的组分组成:高渗透性原料硅藻土11.9%,塑性粘结原料67%(普通硅酸盐水泥23.8%,凹凸棒土43.2%),粘合剂(海藻酸钠和水的混合物)为21.1%。本实施例的复合功能材料所用的椰壳生物炭、凹凸棒土和硅藻土为200目,水泥为100目。
用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料制备步骤与实施例1基本相同,所不同之处在于,步骤(5)内核小球的粒径为2mm,步骤(6)所制备材料的粒径为0.8cm,步骤(8)外壳的厚度为1mm。
经测试,本实施例2所制备复合材料的颗粒强度达到48N/颗,复合功能材料颗粒强度达到55N/颗,且该复合功能材料的硬度能够达到在水中浸泡3周不破碎的程度。
利用与实施例1相同的步骤进行PRB二维柱实验,本实施例3的复合材料分别与石英砂在5:5、4:6和3:7三种体积比条件下进行实验,所得到的对邻氯硝基苯的去除实验结果见图4。
由图1、图2、图3和图4可以看出,对比例中的复合材料对于含氯含硝基芳烃的去除率明显低于实施案例1、2、3中的复合材料。在0~400天的运行期间,对比例中复合材料对于邻氯硝基苯的去除效果如下:当复合材料与石英砂体积比为5:5时,邻氯硝基苯的去除率由85%降低到75%;当复合材料与石英砂体积比为4:6时,邻氯硝基苯的去除率由80%降低到63%;当复合材料与石英砂体积比为3:7时,邻氯硝基苯的去除率由76%降低到56%。相比来说,实施例1、2、3中的复合材料对于邻氯硝基苯的去除效果更为显著:当复合材料与石英砂体积比为5:5时,在柱实验运行400天内,实施案例1、2、3中复合功能材料对邻氯硝基苯的去除率均能基本保持100%;当复合材料与石英砂体积比为4:6时,柱实验运行0~100天内,实施案例1、2、3中复合功能材料对邻氯硝基苯的去除率可以达到98%,柱实验运行100~400天期间,邻氯硝基苯的去除率由98%逐渐降到95%并维持稳定;当复合材料与石英砂体积比为3:7时,柱实验运行0~100天期间,实施案例1、2、3中复合功能材料对邻氯硝基苯的去除率可以达到95%,柱实验运行100~400天期间,邻氯硝基苯的去除率由95%逐渐降到92%并维持稳定,这是因为复合材料与石英砂的比例不同,柱中所含有的复合材料的量不同(实施例1>实施例2>实施例3),并且柱实验运行0~50天期间,主要是靠吸附作用将目标污染物去除,柱实验运行50~400天期间,对污染物的去除综合了吸附、化学、生物等综合作用机制,从而将污染物高效去除,此时本发明复合材料的作用才更加显著。通过柱实验可以发现,当复合材料与石英砂体积比为5:5时,对邻氯硝基苯的去除效果最好。
图5和图7分别是对比例和实施例1、2、3中复合材料在0天和200天时所提取的微生物DNA浓度的变化,由图5可以看出,对比例复合材料中微生物总含量变化不大;而由图7可以看出实施例1、2、3复合材料中微生物总含量发生了显著的增加,由此说明,本发明复合材料适宜微生物的生长和繁殖。图6、8、9、10是柱实验运行0天和200天时,对比例和实施例1、2、3中复合材料中含氯含硝基芳烃降解菌的变化示意图,由图中可以看出:相比于初始(0天)的复合材料,二维柱实验运行200天时,对比例中的含氯含硝基芳烃降解菌-拟杆菌(Bacteroidetes)和变形菌(Proteobacteria)含量无显著变化;而实施例1、2、3复合材料中的含氯含硝基芳烃降解菌的含量显著增加,这对于污染物的去除有重要的意义。
Claims (10)
1.一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,包括内核、填充层和外壳,其特征在于,所述内核的组成材料为凹凸棒土;所述填充层由如下质量百分比的组分组成:还原剂10.4~15.3%,释碳原料33.3~35.1%,塑性粘结原料21.7~26%,高渗透性原料9~10.8%,余量为粘合剂;所述外壳由如下质量百分比的组分组成:高渗透性原料10.5~11.9%,塑性粘结原料66.7~70.9%,余量为粘合剂。
2.根据权利要求1所述的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述内核中的凹凸棒土的粒径为150~200目。
3.根据权利要求1所述的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述还原剂为Fe-Cu双金属。
4.根据权利要求3所述的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述Fe-Cu双金属中Cu2+占Fe0的质量的0.9%,粒径为100目。
5.根据权利要求1所述的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述释碳原料为椰壳生物炭,裂解温度为400℃,粒径为100~200目。
6.根据权利要求1所述的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述塑性粘结原料为凹凸棒土、水泥中的一种或两种,所述凹凸棒土的粒径为150~200目,所述水泥的粒径为80~100目。
7.根据权利要求1所述的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述高渗透性原料为硅藻土,粒径为150~200目。
8.根据权利要求1所述的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述粘合剂为海藻酸钠和水的混合物,所述混合物中海藻酸钠和水的质量比为1:100。
9.根据权利要求1所述的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述可渗透性反应墙复合材料与石英砂按体积比5:5~3:7均匀混合使用,所述石英砂的粒径为2~4mm。
10.权利要求1~9任一项所述的用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将凹凸棒土粉末在造粒机中滚动制成内核小球,粒径为1~2mm,自然风干备用;
(2)将还原剂、释碳原料、高渗透性原料和塑性粘结原料按所述质量百分比混匀成填充层混合原料,将少量所述混合原料撒入造粒机中,开启造粒机电源,并撒入步骤(1)中的内核小球,不断添加混合原料,并喷入粘合剂,直至材料的填充层滚至预期厚度,此时粒径为0.5~0.8cm;
(3)将步骤(2)所制备材料进行自然风干;
(4)将塑性粘结原料和高渗透性原料按照相应比例混匀制成外壳混合原料,并撒入造粒机,之后将步骤(3)风干后的材料放入造粒机中,开启造粒机电源,使混合原料和步骤(3)所制备材料在造粒机中转动混合,并不断喷入粘合剂,直至材料的外壳滚至预期厚度,此时外壳厚度为0.8~1mm;
(5)将步骤(4)制备好的复合材料自然风干,得到用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710660666.3A CN107265665B (zh) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | 一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710660666.3A CN107265665B (zh) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | 一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107265665A true CN107265665A (zh) | 2017-10-20 |
CN107265665B CN107265665B (zh) | 2019-11-22 |
Family
ID=60075631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710660666.3A Active CN107265665B (zh) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | 一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107265665B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114044571A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-15 | 南京大学 | 一种可渗透反应墙复合材料及其制备方法与应用 |
CN114249508A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-03-29 | 江苏省环境科学研究院 | 一种基于生物活性复合材料的电动-可渗透反应墙系统及其制备方法与应用 |
CN114262045A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-01 | 南京大学 | 一种硬质化沟渠的治理方法 |
CN114275985A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-05 | 南京大学 | 一种可阻断底部向水体释放污染物的材料及其制备方法与应用 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101027140B1 (ko) * | 2009-10-29 | 2011-04-05 | 효림산업주식회사 | nZVI 및 DI-PRB을 이용한 오염 토양/지하수 정화공법 |
CN102417213A (zh) * | 2011-10-17 | 2012-04-18 | 河海大学 | 一种用于修复硝基苯污染地下水的渗透反应介质 |
CN103739089A (zh) * | 2014-01-28 | 2014-04-23 | 南京大学 | 用于污染地下水生物化学联合修复的复合功能材料及其制备方法 |
CN104307869A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-01-28 | 环境保护部南京环境科学研究所 | 一种零价铁强化去除土壤中六六六和滴滴涕的方法 |
CN105293683A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-02-03 | 南京大学 | 一种用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法和应用方法 |
-
2017
- 2017-08-04 CN CN201710660666.3A patent/CN107265665B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101027140B1 (ko) * | 2009-10-29 | 2011-04-05 | 효림산업주식회사 | nZVI 및 DI-PRB을 이용한 오염 토양/지하수 정화공법 |
CN102417213A (zh) * | 2011-10-17 | 2012-04-18 | 河海大学 | 一种用于修复硝基苯污染地下水的渗透反应介质 |
CN103739089A (zh) * | 2014-01-28 | 2014-04-23 | 南京大学 | 用于污染地下水生物化学联合修复的复合功能材料及其制备方法 |
CN104307869A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-01-28 | 环境保护部南京环境科学研究所 | 一种零价铁强化去除土壤中六六六和滴滴涕的方法 |
CN105293683A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-02-03 | 南京大学 | 一种用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法和应用方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114044571A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-15 | 南京大学 | 一种可渗透反应墙复合材料及其制备方法与应用 |
CN114262045A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-01 | 南京大学 | 一种硬质化沟渠的治理方法 |
CN114275985A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-05 | 南京大学 | 一种可阻断底部向水体释放污染物的材料及其制备方法与应用 |
CN114249508A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-03-29 | 江苏省环境科学研究院 | 一种基于生物活性复合材料的电动-可渗透反应墙系统及其制备方法与应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107265665B (zh) | 2019-11-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107265665B (zh) | 一种用于地下水含氯含硝基芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法 | |
Mudhoo et al. | An analysis of the versatility and effectiveness of composts for sequestering heavy metal ions, dyes and xenobiotics from soils and aqueous milieus | |
CN107235561A (zh) | 一种用于地下水多环芳烃污染修复的可渗透性反应墙复合材料及其制备方法 | |
Rai | Phytoremediation of emerging contaminants in wetlands | |
Matamoros et al. | Removal of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) from urban wastewater in a pilot vertical flow constructed wetland and a sand filter | |
Wang et al. | Harnessing biodegradation potential of rapid sand filtration for organic micropollutant removal from drinking water: a review | |
CA2703051A1 (en) | Controlled release remediation system and composition | |
CN105293683B (zh) | 一种用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法和应用方法 | |
Tian et al. | Remediation of aquaculture water in the estuarine wetlands using coal cinder-zeolite balls/reed wetland combination strategy | |
Cui et al. | Roles of substrates in removing antibiotics and antibiotic resistance genes in constructed wetlands: A review | |
Pradhan et al. | Pesticides occurrence in water sources and decontamination techniques | |
CN112960765A (zh) | 一种可原位去除地下水中三氯乙烯且具有核壳结构的生物渗透反应墙缓释填料及其制备方法 | |
CN106032296A (zh) | 一种用于修复地下水石油烃类污染的材料及其制备方法 | |
Xu et al. | Plant and microbial communities responded to copper and/or tetracyclines in mycorrhizal enhanced vertical flow constructed wetlands microcosms with Canna indica L. | |
CN110508613B (zh) | 一种多环芳烃污染土壤的修复方法 | |
CN106512933B (zh) | 一种同时吸附脱除卡马西平和磺胺甲恶唑的吸附剂的制备方法 | |
CN109126716B (zh) | 一种对水中阿特拉津的吸附和催化降解方法 | |
Nguyet et al. | Adsorption and biodegradation removal of methylene blue in a down-flow hanging filter reactor incorporating natural adsorbent | |
Novichkova et al. | Effect of ultrafiltration–reverse-osmosis-treated shale gas wastewater on seed germination and plant growth | |
CN109912143A (zh) | 一种原位黑臭河道底泥修复材料及其盆栽及其应用 | |
Ye et al. | Composite iron-carbon constructed wetland combined with photocatalytic film to restore eutrophic water body and the hydraulic performance of constructed wetland | |
Ordonez et al. | Exploring the differential effect of adsorption ingredients in three green sorption media for phosphorous removal from river water | |
CN109095728A (zh) | 一种雨水径流净化装置及净化方法 | |
Suhaib et al. | Dynamics of clogging in subsurface flow constructed wetlands | |
US10865129B2 (en) | Phytoremediation treatment system and containerized method of treating pollutants in water |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |