CN110776045B - 一种凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法，(1)将氧化钙粉末、铝灰和凝灰岩粉末混匀，得钙铝凝灰岩粉末；将氢氧化钠与硫酸铁混匀，得铁钠剂，加入水中，密封搅拌，得铁沉淀混合液；将铁沉淀混合液、双氧水与钙铝凝灰岩粉末混匀得浆液，浆液入模，养护，得可渗透反应墙载体；(2)将乙酸钙与六偏磷酸钠混匀，得钙磷混合粉末，加入水中，密封搅拌，得电解液初始浆液，加入乙醇，得电解液；(3)将可渗透反应墙载体连接到正极并浸泡于电解液中，加电压活化，取下活化后的可渗透反应墙载体养护，即得。所制备的可渗透反应墙为无填料式，可在较宽pH范围内对多种重金属污染物同步高效去除，可渗透反应墙质轻，使用方便，可多次重复使用。

Description

一种凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法
技术领域
本发明涉及可渗透反应墙的制备方法，尤其涉及一种凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法。
背景技术
随着工业的迅猛发展，重金属污染形势日趋严重，工业重金属废水的大量排放，不仅对地表水造成了严重的污染，而且还会随着雨水下渗对浅层地下水造成不可逆转的重金属污染。
在重金属污染地下水治理过程中，可渗透反应墙技术因具有操作处置简便、填料可替代、技术兼容性强等特点被广泛应用于污水原位处理领域。可渗透反应墙技术，即在垂直于重金属污染的地下水流经方向设置由活性反应介质组成的可渗透反应墙，在重金属污染物随着水体流动经过反应墙时可与活性反应介质发生吸附、沉淀、降解等作用，从而将重金属污染物从地下水中去除，净化地下水体环境。
目前，针对可渗透反应墙的制备研发仍然以研发不同种类的填料为主，所用到的填料有零价铁、活性炭、沸石、粉煤灰、石灰石等，然而这种填料式可渗透反应墙在应用过程中存在使用期短、水体中适用pH范围较窄、多种重金属污染物同时去除效率低、填充料更换频繁、墙体重复使用率低等问题；另外，为了达到更好的处理效果，往往需要填充多种不同的填料，操作复杂，且填充多种填料会导致可渗透反应墙过重，运输安装工程难度大。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法，所制备的可渗透反应墙为无填料式，可实现在较宽pH范围内对多种重金属污染物的同步高效去除，可渗透反应墙质轻，便于运输、安装与拆卸，且可多次重复使用。
技术方案：本发明所述的一种凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将氧化钙粉末、铝灰和凝灰岩粉末混匀，得钙铝凝灰岩粉末；将氢氧化钠与硫酸铁混匀，得铁钠剂，将铁钠剂加入水中，密封搅拌，得铁沉淀混合液；将铁沉淀混合液、双氧水与钙铝凝灰岩粉末混匀得浆液，浆液入模，养护，得可渗透反应墙载体；
(2)将乙酸钙与六偏磷酸钠混匀，得钙磷混合粉末，将钙磷混合粉末加入水中，密封搅拌，得电解液初始浆液；将乙醇加入电解液初始浆液中，得电解液；
(3)将可渗透反应墙载体连接到电源的正极并浸泡于电解液中，施加电压进行活化，取下活化后的可渗透反应墙载体进行养护，即得凝灰岩基可渗透反应墙。
其中，所述步骤(1)中氧化钙粉末、铝灰与凝灰岩粉末的质量比为0.5～1.5:1～3:10；氢氧化钠中的氢氧根离子与硫酸铁中的三价铁离子摩尔比为3～5:2，铁钠剂与水的固液比为1:5～10，密封条件下以30～120rpm搅拌5～10min；铁沉淀混合液、双氧水与钙铝凝灰岩粉末的质量比为0.3～0.6:0.2～0.4:1，240～360rpm条件下搅拌12～36s，浆液入模后在75％～95％湿度、20～40℃下养护7～21天。
所述步骤(2)中乙酸钙与六偏磷酸钠的钙磷摩尔比为2～3:1，所述钙磷混合粉末与水的固液比2～6:10，密封条件下以30～120rpm搅拌5～10mim；电解液中的乙醇质量百分数为20％～30％。
所述步骤(3)中可渗透反应墙载体的活化电压为200～600V，活化时间为2～4h，在活化过程中电解液以30～60rpm进行搅拌。
将铁钠剂加入水中，三价铁离子与氢氧根反应，生成氢氧化铁沉淀，多余的铁离子吸附在氢氧化铁沉淀上。将铁沉淀混合液和钙铝凝灰岩粉末混合后，凝灰岩中的钾长石矿物及部分二氧化硅在碱激发作用下大量溶解，而铝灰和氧化钙在水解作用下快速溶解到液体中，溶解出的硅酸盐、钙离子、铝离子先吸附到氢氧化铁沉淀上，随后以氢氧化铁沉淀为反应载体，发生水化反应和地质聚合反应生成大量硅酸钙和其它含铁类地质聚合物。在三价铁离子催化作用及搅拌活化作用下，双氧水可快速分解出氧气并释放热量。随着热量的不断蓄积，铁沉淀混合液和钙铝凝灰岩粉末的混合浆液发生热膨胀，双氧水中释放的氧气不断挤进混合浆液表面张力较弱的微区域，从而使得混合浆液体积膨胀，密度降低，最终使得养护条件下固化形成的可渗透反应墙载体内部孔隙发达并封住了部分氧气。接通电源后，连接在正极的可渗透反应墙载体内二氧化硅发生氧化转化成具有更高活性的硅酸盐。电解液中的钙离子在电迁移作用下转移至可渗透反应墙载体表面及孔隙中与从可渗透反应墙载体内释放出的活性硅酸盐反应生成硅酸钙，从而提高了可渗透反应墙载体强度。随着钙离子的不断迁移与积累，六偏磷酸根以可渗透反应墙载体上的钙离子为活性位点通过静电吸附作用从电解液中转移至渗透墙载体上并与钙离子发生反应，生成磷灰岩类物质。在接通电源后可渗透反应墙载体自身也会不断生热蓄热，从而使得封在墙体中的氧气发生膨胀并最终冲出密封孔，这不仅可以使得可渗透反应墙载体内的孔隙进一步贯通，也有利于提高在可渗透反应墙载体表面及孔隙处生成的磷灰岩类物质的比表面积。在高电压加载条件下渗透墙载体自身所含铁、钙、铝、钾等离子分布的不均匀性也易诱发电击击穿现象发生，其可进一步扩增可渗透反应墙孔隙和活化磷灰岩类吸附物质。在通电过程中，可渗透反应墙载体表面会发生水解生成大量的氧气，这不利于钙离子和六偏磷酸根的加载，因此在电解液中加入适量的乙醇可以抑制水解作用，从而保证钙离子和六偏磷酸根迁移、加载和反应过程持续进行。
将本发明制备的可渗透反应墙用于污水处理，污水中所含的多种重金属污染物随着水体流动经过反应墙，在孔隙发达的可渗透反应墙中充分滞留，重金属污染物与活化磷灰岩类物质之间发生吸附作用，从而达到高效去除重金属污染物的目的。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点是：(1)相比于传统的填料式可渗透反应墙，本发明制备的凝灰岩基可渗透反应墙作为一种无填料式的可渗透反应墙，为整体结构，可以直接使用，避免了传统填料式可渗透反应墙在使用前需要填充、装载等复杂操作的问题，且制备的可渗透反应墙密度较小，便于运输、安装与拆卸；(2)凝灰岩基可渗透反应墙可以同时去除砷、镉、铬、铅、汞、锌和铜多种重金属污染物，且适用2～12的pH范围；(3)凝灰岩基可渗透反应墙可重复多次使用，循环使用三次后，对重金属污染物的去除率仍高达95％，节省可渗透反应墙载体制备材料，使用成本低，为凝灰岩的高价值化利用提供了新思路。
附图说明
图1是凝灰岩基可渗透反应墙的制备流程图；
图2是凝灰岩基可渗透反应墙用于模拟液试验的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
需要说明的是，本发明的污染水体为配制的模拟液，模拟液中含有1mg/L砷、0.5mg/L镉、5mg/L铬(六价)、1mg/L铅、0.1mg/L汞、10mg/L锌、10mg/L铜。
实施例1
氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比对凝灰岩基可渗透反应墙性能的影响
凝灰岩基可渗透反应墙性能的制备：如图1所示，将凝灰岩研磨，过200目筛，得凝灰岩粉末；按照氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比0.5:0.5:10、0.5:0.7:10、0.5:0.9:10、0.25:1:10、0.35:1:10、0.45:1:10、0.5:1:10、0.5:2:10、0.5:3:10、1:1:10、1:2:10、1:3:10、1.5:1:10、1.5:2:10、1.5:3:10、1.5:3.2:10、1.5:3.5:10、1.5:4:10、1.6:3:10、1.8:3:10、2:3:10分别称取氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得钙铝凝灰岩粉末；按照氢氧根离子与三价铁离子摩尔比3:2称取氢氧化钠和硫酸铁，混合，得铁钠剂；按照固液比1:5(mg:mL)将铁钠剂加入水中，密封及30rpm条件下搅拌5min，得铁沉淀混合液；按照质量比0.3:0.2:1称取铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末，混合，240rpm条件下搅拌12s，浆液入模，75％湿度及20℃条件下养护7天，得可渗透反应墙载体；按照钙磷摩尔比2:1称取乙酸钙和六偏磷酸钠，混合，搅拌均匀，得钙磷混合粉末；按照固体液体比2:10(mg:mL)将钙磷混合粉末加入水中，密封及30rpm条件下搅拌5min，得电解初始浆液；将乙醇加入电解初始浆液，得电解液，电解液中乙醇含量为20％；将可渗透反应墙载体连接到高压电源(艾普斯电源，ADG-P系列)的正极并浸泡在电解液中，200V电压条件下活化2小时，活化过程中电解液以30rpm条件搅拌，活化后从正极上取下活化后的可渗透反应墙载体，置于75％湿度及20℃条件下养护7天，即得凝灰岩基可渗透反应墙。
利用可渗透反应墙处置模拟液的试验：如图2所示，为自行设计的可渗透反应墙修复污染水体的示意图，由进水系统、反应系统和出水系统组成。其中，进水系统包括进水箱、止水阀、蠕动泵、进水管等，反应系统是由凝灰岩基可渗透反应墙组成，将上述制备得到的凝灰岩基可渗透反应墙置于反应系统中，左右两侧分别留有空白区，用于减缓液体流速，出水系统由出水管组成。先用5mol/L的硫酸液体将模拟液的pH调节为2，然后通过蠕动泵将模拟液泵送到可渗透反应墙区域，从出水口取液样进行检测。
重金属离子浓度检测及去除率计算：其中水体中锌、铜、铅、镉四种污染物浓度按照《水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》(HJ 776-2015)测定；水体中砷和汞两种污染物浓度按照《水质汞、砷、硒、铋和锑的测定原子荧光法》(HJ 694-2014)测定；水体中铬(六价)污染物浓度按照《水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》(GBT 7467-1987)进行测定。重金属M(M:砷、镉、铬(六价)、铅、汞、锌、铜)去除率按照如下公式计算，其中RM为重金属污染物去除率，cM0为模拟液中重金属M初始浓度(mg/L)，cMt为出水口水体中重金属M浓度(mg/L)。
Figure BDA0002269770480000041
可渗透反应墙装置连续运行三周后，出水口检测出的重金属去除率的试验结果见表1。
表1氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比对凝灰岩基可渗透反应墙性能的影响
Figure BDA0002269770480000051
由表1可看出，当氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比小于0.5:1:10时(如表1中，氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比＝0.5:0.5:10、0.5:0.7:10、0.5:0.9:10、0.25:1:10、0.35:1:10、0.45:1:10时以及表1中未列举的更低值)，水解作用下溶解出的钙离子和铝离子较少，发生水化反应和地质聚合反应生成的硅酸钙和其它含铁类地质聚合物较少，可渗透反应墙载体在氧化阶段孔隙过于发达，生成较多穿透性大孔，使得模拟液通过可渗透反应墙的滞留时间变短，最终导致重金属去除率均低于89％且随着氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比减少而显著减低。当氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比等于0.5～1.5:1～3:10时(如表1中，氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比＝0.5:1:10、0.5:2:10、0.5:3:10、1:1:10、1:2:10、1:3:10、1.5:1:10、1.5:2:10、1.5:3:10)，铝粉和氧化钙在水解作用下快速溶解到液体中，溶解出的硅酸盐、钙离子、铝离子先吸附到氢氧化铁沉淀上，随后以氢氧化铁沉淀为反应载体，发生水化反应和地质聚合反应生成大量硅酸钙和其它含铁类地质聚合物，可渗透反应墙载体在氧化阶段孔隙发达且穿透性大孔较少，模拟液通过可渗透反应墙的滞留时间较长，最终使得重金属去除率均大于95％。当氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比大于1.5:3:10时(如表1中，氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比＝1.5:3.2:10、1.5:3.5:10、1.5:4:10、1.6:3:10、1.8:3:10、2:3:10时以及表1中未列举的更高值)，水解作用下溶解出的钙离子和铝离子过多，硅酸钙和其它含铁类地质聚合物大量生成，可渗透反应墙载体在氧化阶段孔隙发展不充分，使得模拟液通过可渗透反应墙的污染物捕获效率低，最终导致重金属去除率均低于92％且随着氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比增加而显著减低。因此，综合而言，结合效益与成本，当氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比等于0.5～1.5:1～3:10时，最有利于提高制备的凝灰岩基可渗透反应墙性能的影响。
实施例2
铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比对凝灰岩基可渗透反应墙性能的影响
凝灰岩基可渗透反应墙性能的制备：将凝灰岩研磨，过300目筛，得凝灰岩粉末；按照氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比1.5:3:10称取氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得钙铝凝灰岩粉末；按照氢氧根离子与三价铁离子摩尔比4:2称取氢氧化钠和硫酸铁，混合，得铁钠剂；按照固液比1:7.5(mg:mL)将铁钠剂加入水中，密封及75rpm条件下搅拌7.5min，得铁沉淀混合液；按照质量比0.15:0.2:1、0.2:0.2:1、0.25:0.2:1、0.3:0.1:1、0.3:0.15:1、0.3:0.18:1、0.3:0.2:1、0.3:0.3:1、0.3:0.4:1、0.45:0.2:1、0.45:0.3:1、0.45:0.4:1、0.6:0.2:1、0.6:0.3:1、0.6:0.4:1、0.65:0.4:1、0.7:0.4:1、0.75:0.4:1、0.6:0.42:1、0.6:0.45:1、0.6:0.5:1分别称取铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末，混合，300rpm条件下搅拌24s，浆液入模，85％湿度及30°℃条件下养护14天，得可渗透反应墙载体；按照钙磷摩尔比2.5:1称取乙酸钙和六偏磷酸钠，混合，搅拌均匀，得钙磷混合粉末；按照固体液体比4:10(mg:mL)将钙磷混合粉末加入水中，密封及75rpm条件下搅拌7.5min，得电解初始浆液；将乙醇加入电解初始浆液，得电解液，电解液中乙醇含量为25％；将可渗透反应墙载体连接到高压电源的正极并浸泡在电解液中，400V电压条件下活化3小时，活化过程中电解液以45rpm条件搅拌；活化后从正极上取下活化后的可渗透反应墙载体，置于85％湿度及30℃条件下养护14天，即得凝灰岩基可渗透反应墙。
利用可渗透反应墙处置模拟液的试验：先用5mol/L的硫酸和5mol/L氢氧化钠溶液将模拟液的pH调节为7，然后通过蠕动泵将模拟液泵送到可渗透反应墙区域，从出水口取液样进行检测。
重金属离子浓度检测及去除率计算同实施例1。
可渗透反应墙装置连续运行三周后，出水口检测出的重金属去除率的试验结果见表2。
表2铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比对凝灰岩基可渗透反应墙性能的影响
Figure BDA0002269770480000071
由表2可看出，当铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比小于0.3:0.2:1时(如表2中，铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比＝0.15:0.2:1、0.2:0.2:1、0.25:0.2:1、0.3:0.1:1、0.3:0.15:1、0.3:0.18:1时以及表2中未列举的更低值)，氢氧化铁沉淀反应载体较少，吸附到氢氧化铁沉淀上的硅酸盐、钙离子、铝离子较少，水化反应和地质聚合反应发生速率较慢，同时双氧水分解出氧气和释放热量的速率减慢，固化形成的可渗透反应墙载体内部孔隙发展较差，在高电压加载条件下渗透墙载体自身所含铁的减少也使得电击击穿效应减弱，最终重金属去除率均低于91％且随着铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比减少而显著减低。当铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比等于0.3～0.6:0.2～0.4:1时(如表2中，铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比＝0.3:0.2:1、0.3:0.3:1、0.3:0.4:1、0.45:0.2:1、0.45:0.3:1、0.45:0.4:1、0.6:0.2:1、0.6:0.3:1、0.6:0.4:1时)，氢氧化铁沉淀反应载体较多，吸附到氢氧化铁沉淀上的硅酸盐、钙离子、铝离子以氢氧化铁沉淀为反应载体发生水化反应和地质聚合反应，生成大量硅酸钙和其它含铁类地质聚合物，在三价铁离子催化作用及搅拌活化作用下，双氧水可快速分解出氧气并释放热量，随着热量的不断蓄积，铁沉淀混合液和钙铝凝灰岩粉末的混合浆液发生热膨胀，双氧水中释放的氧气不断挤进混合浆液表面张力较弱的微区域，从而使得混合浆液体积膨胀，密度降低，最终使得养护条件下固化形成的可渗透反应墙载体内部孔隙发达并封住了部分氧气，在高电压加载条件下渗透墙载体自身所含铁、钙、铝、钾等离子分布的不均匀性也易诱发电击击穿现象发生，其可进一步扩增可渗透反应墙孔隙和活化磷灰岩类吸附物质，最终使得重金属去除率均大于97％。当铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比大于0.6:0.4:1时(如表2中，铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比＝0.65:0.4:1、0.7:0.4:1、0.75:0.4:1、0.6:0.42:1、0.6:0.45:1、0.6:0.5:1时以及表2中未列举的更高值)，氢氧化铁沉淀过多，硅酸盐、钙离子、铝离子被包裹在氢氧化铁沉淀中，使得水化反应和地质聚合反应速率降低，同时过多的氢氧化铁沉淀也使得气体更容易溢出固化体并使得电击击穿效应减弱，过多的双氧水分解会使得热量在短时间内快速积聚，使得水化反应进展过快，导致混合浆液中部分固化体过早形成，形成不均质现象，最终导致重金属去除率均低于92％且随着铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比增加而显著减低。因此，综合而言，结合效益与成本，当铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末质量比等于0.3～0.6:0.2～0.4:1时，最有利于提高制备的凝灰岩基可渗透反应墙性能的影响。
实施例3
活化电压对凝灰岩基可渗透反应墙性能的影响
凝灰岩基可渗透反应墙性能的制备：将凝灰岩研磨，过400目筛，得凝灰岩粉末；按照氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比1.5:3:10称取氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得钙铝凝灰岩粉末；按照氢氧根离子与三价铁离子摩尔比5:2称取氢氧化钠和硫酸铁，混合，得铁钠剂；按照固液比1:10(mg:mL)将铁钠剂加入水中，密封及120rpm条件下搅拌10min，得铁沉淀混合液；按照质量比0.6:0.4:1称取铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末，混合，360rpm条件下搅拌36s，浆液入模，95％湿度及40℃条件下养护21天，得可渗透反应墙载体；按照钙磷摩尔比3:1称取乙酸钙和六偏磷酸钠，混合，搅拌均匀，得钙磷混合粉末；按照固体液体比6:10(mg:mL)将钙磷混合粉末加入水中，密封及120rpm条件下搅拌10min，得电解初始浆液。将乙醇加入电解初始浆液，得电解液，电解液中乙醇含量为30％；将可渗透反应墙载体连接到高压电源的正极并浸泡在电解液中，100V、150V、180V、200V、400V、600V、620V、650V、700V电压条件下分别活化4小时，活化过程中电解液以60rpm条件搅拌；活化后从正极上取下活化后的可渗透反应墙载体，置于95％湿度及40℃条件下养护21天，即得凝灰岩基可渗透反应墙。
利用可渗透反应墙处置模拟液的试验：先用5mol/L的硫酸液体和5mol/L氢氧化钠溶液将模拟液的pH调节为12，然后通过蠕动泵将模拟液泵送到反应可渗透反应墙区域，从出水口取液样进行检测。
重金属离子浓度检测及去除率计算同实施例1。
可渗透反应墙装置连续运行三周后，出水口检测出的重金属去除率的试验结果见表3。
表3活化电压对凝灰岩基可渗透反应墙性能的影响
Figure BDA0002269770480000091
由表3可看出，当活化电压小于200V时(如表3中，活化电压＝180V、150V、100V时以及表3中未列举的更低值)，接通电源后，可渗透反应墙载体内由二氧化硅发生氧化转化成的高活性硅酸盐较少，钙离子在电迁移速率较慢，可渗透反应墙载体表面及孔隙中生成的硅酸钙较少，可渗透反应墙载体强度提升不明显；同时电压较低的话，电击击穿作用较弱，渗透反应墙孔隙和磷灰岩类吸附物质活化提升不显著，最终导致重金属去除率均低于90％且随着活化电压减少而显著减低。当活化电压等于200～600V时(如表3中，活化电压＝200V、400V、600V时)，接通电源后，连接在正极的可渗透反应墙载体内二氧化硅发生氧化转化成具有更高活性的硅酸盐，电解液中的钙离子在电迁移作用下转移至可渗透反应墙载体表面及孔隙中与从可渗透反应墙载体内释放出的活性硅酸盐反应生成硅酸钙，从而提高了可渗透反应墙载体强度，在高电压加载条件下渗透墙载体自身所含铁、钙、铝、钾等离子分布的不均匀性也易诱发电击击穿现象发生，其可进一步扩增可渗透反应墙孔隙和活化磷灰岩类吸附物质，最终使得重金属去除率均大于98％。当活化电压大于600V时(如表3中，活化电压＝620V、650V、700V时以及表3中未列举的更高值)，在通电过程中，可渗透反应墙载体表面会发生水解生成大量的氧气，这增大了钙、磷离子向电极迁移阻力，降低了可渗透反应墙表面硅酸钙生成量，最终导致重金属去除率均低于94％且随着活化电压增大而显著减低。因此，综合而言，结合效益与成本，当活化电压等于200～600V时，最有利于提高制备的凝灰岩基可渗透反应墙性能的影响。
实施例4
凝灰岩基可渗透反应墙的制备：将凝灰岩研磨，过400目筛，得凝灰岩粉末；按照氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末质量比1.5:3:10称取氧化钙粉末、铝灰、凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得钙铝凝灰岩粉末；按照氢氧根离子与三价铁离子摩尔比5:2称取氢氧化钠和硫酸铁，混合，得铁钠剂；按照固液比1:10(mg:mL)将铁钠剂加入水中，密封及120rpm条件下搅拌10min，得铁沉淀混合液；按照质量比0.6:0.4:1称取铁沉淀混合液、双氧水、钙铝凝灰岩粉末，混合，360rpm条件下搅拌36s，浆液入模，95％湿度及40℃条件下养护21天，得可渗透反应墙载体；按照钙磷摩尔比3:1称取乙酸钙和六偏磷酸钠，混合，搅拌均匀，得钙磷混合粉末；按照固体液体比6:10(mg:mL)将钙磷混合粉末加入水中，密封及120rpm条件下搅拌10min，得电解初始浆液；将乙醇加入电解初始浆液，得电解液，电解液中乙醇含量为30％；将可渗透反应墙载体连接到高压电源的正极并浸泡在电解液中，600V电压条件下活化4小时，活化过程中电解液以60rpm条件搅拌；活化后从正极上取下活化后的可渗透反应墙载体，置于95％湿度及40℃条件下养护21天，即得凝灰岩基可渗透反应墙。
对比例1
铁粉填充可渗透反应墙的制备：可渗透反应墙实验装置参照《污染场地铬、镍、铜、镉的垂向迁移及地下水可渗透反应墙修复技术》设计，在此不作赘述，铁粉和活性炭体积比为1:1。
将实施例4和对比例1制备的可渗透反应墙分别用于处置模拟液试验，试验过程同实施例2。
循环试验：用1mol/L硫酸溶液和1mol/L氢氧化钠溶液对使用过的凝灰岩基可渗透反应墙及铁粉填充可渗透反应墙中的填充料进行交替冲洗。交替冲洗三次后，将凝灰岩基可渗透反应墙风干，然后直接用于上述模拟液处置试验中，而铁粉填充可渗透反应墙中的填充料风干后重新装入可渗透反应墙，然后用于上述模拟液处置试验中。使用后的凝灰岩基可渗透反应墙及铁粉填充可渗透反应墙每重复本过程1次，循环次数增加1次。
重金属离子浓度检测及去除率计算同实施例1。
可渗透反应墙装置连续运行三周后，出水口检测出的重金属去除率的试验结果见表4。
表4凝灰岩基可渗透反应墙与铁粉填充型可渗透反应墙重金属去除率对比
Figure BDA0002269770480000111
由表4可看出，三周后本发明制备的凝灰岩基可渗透反应墙重金属去除率均高于99％，明显高于铁粉填充型可渗透反应墙80％的去除率。第三次循环后，凝灰岩基可渗透反应墙重金属去除率仍然均高于95％，而铁粉填充型可渗透反应墙重金属去除率仅为30％左右。且本发明制备得到的可渗透反应墙为整体结构，相比于填充型可渗透反应墙，无需填充、装载操作步骤，可直接用于污染水处理，使用起来非常方便。

Claims (6)

1.一种凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）将氧化钙粉末、铝灰和凝灰岩粉末混匀，得钙铝凝灰岩粉末；将氢氧化钠与硫酸铁混匀，得铁钠剂，将铁钠剂加入水中，密封搅拌，得铁沉淀混合液；将铁沉淀混合液、双氧水与钙铝凝灰岩粉末混匀得浆液，浆液入模，养护，得可渗透反应墙载体；
（2）将乙酸钙与六偏磷酸钠混匀，得钙磷混合粉末，将钙磷混合粉末加入水中，密封搅拌，得电解液初始浆液；将乙醇加入电解液初始浆液中，得电解液；
（3）将可渗透反应墙载体连接到电源的正极并浸泡于电解液中，施加电压进行活化，取下活化后的可渗透反应墙载体进行养护，即得凝灰岩基可渗透反应墙；
所述步骤（1）中氧化钙粉末、铝灰与凝灰岩粉末的质量比为0.5~1.5:1~3:10；
所述步骤（1）中氢氧化钠中的氢氧根离子与硫酸铁中的三价铁离子摩尔比为3~5:2；
所述步骤（1）中铁沉淀混合液、双氧水与钙铝凝灰岩粉末的质量比为0.3~0.6:0.2~0.4:1；
所述步骤（3）中可渗透反应墙载体的活化电压为200~600V。
2.根据权利要求1所述的凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中铁钠剂与水的固液比为1:5~10，所述固液比中的固体单位为mg，液体单位为mL，密封条件下以30~120rpm搅拌5~10min。
3.根据权利要求1所述的凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（3）中养护条件均为75%~95%湿度、20~40℃下养护7~21天。
4.根据权利要求1所述的凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中乙酸钙与六偏磷酸钠的钙磷摩尔比为2~3:1，所述钙磷混合粉末与水的固液比2~6:10，所述固液比中的固体单位为mg，液体单位为mL，密封条件下以30~120rpm搅拌5~10min。
5.根据权利要求1所述的凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）电解液中的乙醇质量百分数为20%~30%。
6.根据权利要求1所述的凝灰岩基可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中活化时间为2~4h，在活化过程中电解液以30~60rpm进行搅拌。
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