CN116639851B - 一种地下水原位修复可渗透反应墙及其处理方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下水原位修复可渗透反应墙及其处理方法和应用，属于地下水原位修复技术领域。该反应墙是针对多污染物覆盖、去除效率、使用寿命及生产成本等问题，具有更有效、低成本、高寿命的PRB填充介质材料。该地下水原位修复可渗透反应墙，该反应墙属于新型的PRB三级处理模式，通过初级吸附和氧化、二级深入氧化，三级为微生物处理相结合，达到对地下水中重金属和有机污染物的高效处理，能够对地下水中多种污染物有较好的去除效果，不产生二次污染，且生产成本低、使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于地下水原位修复技术领域，具体涉及一种地下水原位修复可渗透反应墙及其处理方法和应用。
背景技术
随着人们对地下水污染调查研究的不断深入，对其认识也不断加深。目前，仅对某单一污染物的研究已经无法解决日趋复杂的环境污染问题，多种污染物的复合污染得到越来越多的关注。重金属、氯代烃及多环芳烃是环境中常见的污染物，其复合污染的情况在地下水环境中广泛存在，而且这几种污染物之间复杂的相互作用，增加了复合污染的修复难度。
随着对于污染修复技术的不断改进，目前可渗透反应墙（PRB）是对于地下水污染中重金属及有机物污染的一种比较有效的修复技术。PRB技术作为一种常用的地下水污染原位修复技术，其主要手段是在受污染地下水下游含水层中，沿地下水流的垂直方向构筑填充有反应材料的可渗透的墙体，受污染的地下水在水力梯度作用下通过PRB时会与墙体内的填充材料发生物理、化学反应，使污染物得以去除，从而达到修复目的。但是该种方法效率一般、介质容易堵塞需经常更换、造价高。
现有产品有使用零价铁作为填充介质，去除效率较差，如果增大表面积，可以提高去除效率，但是容易钝化及团聚，此外，大表面积的零价铁的生产成本较高；也有利用环境中自然存在的含铁矿石作为填充介质，虽然成本较低，但对可去除污染物的覆盖面较小，对于复合污染物的去除效率较差。
使用合成纳米多金属材料作为填充介质，可以根据污染物种类选择合适的金属，来增大对复合污染物的去除效率，但是同时也极大的增加了生产成本。
若使用活性炭、沸石等吸附性较强的材料作为填充材料，对于复合污染物的去除效率会提高，但使用寿命收到吸附量的限制，增加了操作难度及成本。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种地下水原位修复可渗透反应墙，该反应墙是针对多污染物覆盖、去除效率、使用寿命及生产成本等问题，具有更有效、低成本、高寿命的PRB填充介质材料。
本发明的第二目的在于提供一种地下水原位修复可渗透反应墙，该反应墙属于新型的PRB三级处理模式，通过初级吸附和氧化、二级深入氧化，三级为微生物处理相结合，达到对地下水中重金属和有机污染物的高效处理，能够对地下水中多种污染物有较好的去除效果，不产生二次污染，且生产成本低、使用寿命长。
本发明通过以下技术方案实现：
一种地下水原位修复可渗透反应墙，包括甘蔗渣活性炭吸附层、氧化处理层和微生物处理层顺次排序；
所述甘蔗渣活性炭吸附层内填充甘蔗渣活性炭；
所述氧化处理层内填充高锰酸钾和过硫酸钠后，充入臭氧使用；
所述微生物处理层内填充乳酸和假单胞菌B50D。
上述该地下水原位修复可渗透反应墙包括PRB三级处理模式，第一级为初级处理，填充物质为活性炭，用于对污染物的初级吸附和氧化处理；第二级为深入处理，填充物质为O3、KMnO4、过硫酸钠，用于对污染物的深入氧化处理；第三级为终极处理，填充物质为乳酸和假单胞菌B50D，利用微生物对污染物进行终极处理。
吸附反应：一级处理填充物质由甘蔗渣活性炭组成，活性炭具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，对污染物有较好的吸附去除作用，作为PRB三级处理模式的第一级；
氧化反应：二级处理填充物质由O3、KMnO4、过硫酸钠组成。O3作为一种气态的强氧化剂，主要是通过直接氧化和间接氧化2种方式实现对有机污染物的降解。直接氧化就是通过O3与有机污染物的加成反应实现，此氧化方式的氧化效果与O3自身浓度有关，O3浓度越高，自分解率越低，其氧化效果就越好；间接氧化是利用反应产生的具有强氧化性的·OH来氧化污染物，参与反应的O3量越多，生成·OH就越多，降解效果也就越好。
KMnO4价格低廉，在水中的溶解度较高，是原位化学氧化修复常用的氧化剂。KMnO4对地下水中的TCE、PCE等氯代烃都有比较好的降解效果，可以将其氧化成氯化物和CO2。KMnO4相比于O3在地下水环境中存在的时间更长，适用的pH范围也更广，能够在pH为7-8的地下水环境中实现更好的氧化降解效果。但KMnO4氧化修复过程中，会有副产物MnO2沉淀产生，对含水层介质造成堵塞，影响KMnO4与污染物的接触，降低修复效果。
Na2S2O8是近年来广大学者重点研究的原位化学氧化修复试剂，它能够在一定活化条件下产生具有强氧化性的SO4－·用于降解氯代烃污染物。Na2S2O8相比于其他几种修复药剂稳定性更强，而且适用的pH范围也最广，在pH为2-11范围内均有较好的降解效果，碱性条件下则主要是通过产生·OH降解污染物。
三级处理填充物质由乳酸和假单胞菌组成，假单胞菌对废水中重金属有良好的去除作用，包含铬、铅、镍等，而适量的乳酸加入，作为微生物碳源，可以促进假单胞菌活性，使假单胞菌的去除效率最大化。
技术方案流程如下：进水通过滤网（1）进入一级处理区（2），经过活性炭初级处理后，水流继续通过滤网（1）进入二级处理区（4），经过氧化剂的深入氧化处理，水流继续通过滤网（1）进入三级处理区（5），经过微生物终极处理后，水流通过滤网（1）流出。二级处理区（4）内的氧化剂通过加料口（3）加入。O3加压后常规曝气加入，KMnO4和过硫酸钠常压加入。关于加入臭氧的压力应该根据二级处理区中臭氧的浓度以及方案中定好的标准浓度通过亨利定律p（O3）=k（O3）x（O3）来计算。
作为优选地，所述甘蔗渣活性炭是由甘蔗进行简单压缩处理，然后在隔绝空气的条件下加热至完全炭化，然后用二氧化碳、水蒸气和空气混合物进行活化处理，最后通过漂洗和烘干获得成品。
作为优选地，所述加热至完全炭化时，加热温度为300-350℃。
作为优选地，所述氧化处理层内高锰酸钾、过硫酸钠和臭氧的添加比例为20g/m3：45g/m3：100mg/m3。
作为优选地，所述假单胞菌的添加浓度为100mg/m3。
作为优选地，所述乳酸的加入量为30mg/L。
一种地下水原位修复可渗透反应墙的处理方法，包括：
将待处理地下水通过滤网进入甘蔗渣活性炭吸附层，经甘蔗渣活性炭初级处理后通过滤网流入氧化处理层，臭氧与有机污染物直接氧化反应后、高锰酸钾和过硫酸钠间接氧化处理有机污染物；水流经滤网进入微生物处理层去除重金属，处理完成后经滤网流出。
一种地下水原位修复可渗透反应墙的应用，所述可渗透反应墙作为去除地下水多种重金属及有机污染物的系统应用。
与现有技术相比，本发明至少具有如下技术效果：
本发明提供了一种地下水原位修复可渗透反应墙，该反应墙是针对多污染物覆盖、去除效率、使用寿命及生产成本等问题，具有更有效、低成本、高寿命的PRB填充介质材料。
该地下水原位修复可渗透反应墙，该反应墙属于新型的PRB三级处理模式，通过初级吸附和氧化、二级深入氧化，三级为微生物处理相结合，达到对地下水中重金属和有机污染物的高效处理，能够对地下水中多种污染物有较好的去除效果，不产生二次污染，且生产成本低、使用寿命长。
附图说明
图1为实施例1处理方法流程示意图；
图2为实施例1与对比例1、对比例2对比结果示意图。
图中，1-滤网；2-一级处理区；3-加料口；4-二级处理区；5-三级处理区。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围，实施例中未注明的具体条件，按照常规条件或者制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种地下水原位修复可渗透反应墙，包括甘蔗渣活性炭吸附层、氧化处理层和微生物处理层顺次排序；
所述甘蔗渣活性炭吸附层内填充甘蔗渣活性炭；
所述氧化处理层内填充高锰酸钾和过硫酸钠后，充入臭氧使用；
所述微生物处理层内填充乳酸和假单胞菌B50D。
该地下水原位修复可渗透反应墙包括PRB三级处理模式，
一级处理区：第一级为初级处理，填充物质为活性炭，用于对污染物的初级吸附和氧化处理；吸附反应：一级处理填充物质由甘蔗渣活性炭组成，活性炭具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，对污染物有较好的吸附去除作用，作为PRB三级处理模式的第一级；
二级处理区第二级为深入处理，填充物质为O3、KMnO4、过硫酸钠，用于对污染物的深入氧化处理；氧化反应：二级处理填充物质由O3、KMnO4、过硫酸钠组成。O3作为一种气态的强氧化剂，主要是通过直接氧化和间接氧化2种方式实现对有机污染物的降解。直接氧化就是通过O3与有机污染物的加成反应实现，此氧化方式的氧化效果与O3自身浓度有关，O3浓度越高，自分解率越低，其氧化效果就越好；间接氧化是利用反应产生的具有强氧化性的·OH来氧化污染物，参与反应的O3量越多，生成·OH就越多，降解效果也就越好。
三级处理区第三级为终极处理，填充物质为乳酸和假单胞菌B50D，利用微生物对污染物进行终极处理。三级处理填充物质由乳酸和假单胞菌组成，假单胞菌对废水中重金属有良好的去除作用，包含铬、铅、镍等，而适量的乳酸加入，作为微生物碳源，可以促进假单胞菌活性，使假单胞菌的去除效率最大化。
一种地下水原位修复可渗透反应墙的处理方法，包括：具体流程图如图1所示，
将待处理地下水通过滤网（1）进入一级处理区（2），经过活性炭初级处理后，水流继续通过滤网（1）进入二级处理区（4），经过氧化剂的深入氧化处理，水流继续通过滤网（1）进入三级处理区（5），经过微生物终极处理后，水流通过滤网（1）流出。二级处理区（4）内的氧化剂通过加料口（3）加入。
对比例1：仅设置一级处理区（甘蔗渣活性炭吸附层），不设置二级和三级处理区；
对比例2：仅设置三级处理区（微生物处理层），不设置一级和二级处理区。
结论：如图2结合下表所示：
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。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)
1.一种地下水原位修复可渗透反应墙的应用，其特征在于，所述可渗透反应墙作为去除地下水多种重金属及有机污染物的系统应用；
所述可渗透反应墙包括甘蔗渣活性炭吸附层、氧化处理层和微生物处理层顺次排序；
所述甘蔗渣活性炭吸附层内填充甘蔗渣活性炭；所述甘蔗渣活性炭是由甘蔗进行简单压缩处理，然后在隔绝空气的条件下加热至完全炭化，然后用二氧化碳、水蒸气和空气混合物进行活化处理，最后通过漂洗和烘干获得成品；
所述氧化处理层内填充高锰酸钾和过硫酸钠后，充入臭氧使用；
所述微生物处理层内填充乳酸和假单胞菌B50D；
所述氧化处理层内高锰酸钾、过硫酸钠和臭氧的添加比例为20g/m3：45g/m3：100mg/m3；
所述地下水原位修复可渗透反应墙的处理方法包括：
将待处理地下水通过滤网进入甘蔗渣活性炭吸附层，经甘蔗渣活性炭初级处理后通过滤网流入氧化处理层，臭氧与有机污染物直接氧化反应后、高锰酸钾和过硫酸钠间接氧化处理有机污染物；水流经滤网进入微生物处理层去除重金属，处理完成后经滤网流出。
2.根据权利要求1所述的一种地下水原位修复可渗透反应墙的应用，其特征在于，所述甘蔗渣活性炭在制备过程中，在隔绝空气的条件下加热至完全炭化时，加热温度为300-350℃。
3.根据权利要求1所述的一种地下水原位修复可渗透反应墙的应用，其特征在于，所述假单胞菌的添加浓度为100mg/m3。
4.根据权利要求1所述的一种地下水原位修复可渗透反应墙的应用，其特征在于，所述乳酸的加入量为30mg/L。
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