可渗透反应墙制法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及地下水修复领域。
【背景技术】
[0002]可渗透反应墙(permeable reactive barrier, PRB)是一种地下水原位修复技术，可去除地下水中的重金属、有机物等多种污染物，因安装运行方便、性价比相对较高已在国内外许多工程中得到应用。
[0003]建造可渗透反应墙的材料根据污染物不同而变化，其中以零价铁为主要材料的可渗透反应墙(Fetl-PRB)应用最为广泛，能去除铬、铀、砸、钴、铜、汞、砷等重金属，硝酸根、硫酸根等无机阴离子以及含氯有机物。
[0004]Fe0-PRB主要利用Fetl通过氧化还原反应和沉淀作用去除地下水中的污染物，如:对地下水中六价铬的去除是首先通过Fetl将六价铬还原为三价铬，然后生成Cr(OH) 3将其沉淀在PRB中；对含氯有机物的去除是利用Fetl氧化还原反应中产生的电子活性将氯化物脱氯实现解毒。
[0005]Fe0-PRB在工程应用中的主要问题有:(I)铁肩被沉淀物所包裹，阻碍了污染物与铁肩的接触，导致铁肩利用率降低、修复效果下降甚至失效；(2)当Fetl-PRB填充密度较高、孔隙度较低时，反应形成的沉淀物容易引起堵塞；而当Fetl-PRB填充密度较低、孔隙度较大时，可能导致污染物不能与铁肩充分接触，去除率效果下降，铁肩利用率降低。
【发明内容】
[0006]本发明通过在Fec1-PRB两侧设置外电场，在Fec1-PRB内部诱发的一系列电化学反应和过程，从而改善和解决上述两个问题。
[0007]为实现本发明目的而采用的技术方案是:(I)选用粒径较大(通常大于Icm)的铁肩与其他辅助填充物构建可渗透反应墙I ; (2)在可渗透反应墙两侧分别安装阴极2和阳极3，制成电化学强化二价/零价铁可渗透反应墙(electrochemistry-enhanced Fe2+/Fe°permeable reactive barrier, E_Fe2+/Fe°-PRB)(图1)。若可渗透反应墙太厚，可在其内部增加电极对(图2)。
[0008]通电时，由阴极2和阳极3产生足够强的电场在铁肩的两端诱导出足够高的电势差，使铁肩靠近阴极的一端发生铁的氧化反应，释放出Fe2+离子，铁肩靠近阳极的一端发生水的还原反应，将水电解释放出0H—离子和H2气体(图1)。当铁肩尺寸较小时，如:铁粉，电场在铁肩两端诱导的电势差太小，不足引起上述电化学反应。
[0009]在E-Fe2+/Fe°-PRB中，Fe2+离子替代Fe °成为主要还原剂对地下水中的污染物，如:六价铬进行还原，其效率远高于Fe°;0H _离子与重金属离子，如:Cr 3+、Pb2+、Cu2+，反应生产氢氧化物沉淀，同时也因使地下水pH值上升，导致其他不溶性金属盐沉淀的生成。
[0010]可渗透反应墙中的正、负离子沿电场方向相向运动，与Fec1-PRB相比，反应物之间接触几率增加，反应效率升高，如:Fe2+离子与CrO 42—离子的接触和反应、OH _离子和Cr 3+离子的接触和反应。
[0011]Fe2+离子在电场力作用下可穿过铁肩表面的沉淀层与地下水中的污染物，如:Cr042_离子，发生反应；而地下水中的污染物，如:Cr0 42_离子，也可在电场力作用下穿过沉淀层到达铁肩表面与Fe2+或Fe °进行反应，生成Cr 3+离子后又在电场力作用下穿过沉淀层返回地下水中发生沉淀反应，这就大大削弱了沉淀层对PRB长期效率的负面影响，很大程度上解决了上文提到的Fetl-PRB存在的第一个问题。
[0012]铁肩表面的电化学反应使其表面始终保持一种新鲜的高活性状态，也提高了对含氯有机物的解毒效果。
[0013]产生的4气聚集到一定程度会形成气泡最终从PRB中释放出来，此过程会对PRB中的沉淀物造成较大搅动，改善PRB堵塞的情况，同时会使部分沉淀物从铁肩表面剥离下来，提高铁肩利用效率，部分沉淀物还会在这种扰动下随水流从PRB中流出，保证PRB有较好的长期透水性，很大程度上解决了上文提到的Fetl-PRB存在的第二个问题。
【附图说明】
[0014]本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
[0015]图1本发明工作原理示意图。
[0016]图2多电极结构示意图。
[0017]图3电极安装方式一(水流方向与电场方向垂直)
[0018]图4电极安装方式二(水流方向与电场方向平行)
[0019]图中:1 一含铁肩的可渗透反应墙，2 —阴极，3 —阳极。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，作出各种替换和变更，均应包括在本发明范围内。
[0021]实施例1:
本实施例中，一个工业场地土壤被铬、铜、铅和砷所污染，下雨时雨水渗入地下，从一个截面积0.5m2左右的排水洞中渗出，水中重金属超标。E-Fe 2VFe0-PRB被用于安放在洞口原位处理这股浅层地下水。本实例要反映的是E-Fe27Fe°-PRB的安装方式。
[0022]在上述洞口处，按照图2的方式建造了一个多级E-Fe2+/Fe°-PRB，铁肩来自车床加工产生的废料，粒径I?3cm;阴极为铁丝编织的筛网；阳极为穿孔石墨板，石墨板背后衬有穿孔PVC板起强化支撑作用。水流方向与E-Fe27Fe°-PRB的位置关系采用图4所示方式，即:水穿过第一个阴极板上的孔洞进入E-Fe27Fe°-PRB，然后再依次流过第一阳极板、第二个阴极板、第二个阳极板、直至从最后一个极板流出，达标排放。整个E-Fe27Fe°-PRB长5.0m,宽1.0m、高0.5m，每隔0.5m设置一个电极，共有6个阴极、5个阳极，每个电极对之间的电压为100V，由太阳能供电系统提供电力，白天供电，晚上停电。
[0023]E-Fe2+/Fe°-PRB安装在一个长5.0m,宽1.0m、高1.2m的混凝土渠中，上面覆盖0.5m厚的石子，渠顶盖有穿孔混凝土盖板，起保护作用。渠顶部超出周边地平0.5m，防止地表雨水的进入。
[0024]实施例2:
本实施例中，一个工业场地土壤被铬所污染，下雨时雨水渗入地下，沿长度1m左右的一个边界渗出。E-Fe27Fe°-PRB被用于安放在该边界处原位处理这股浅层地下水。本实例要反映的是E-Fe27Fe°-PRB的另一安装方式。
[0025]按照实施例1中的方式建造一个长Ilm的多级E-Fe2+/Fe°-PRB，沿原渗水边界安装，水流方向与E-Fe27Fe°-PRB的位置关系采用图3所示方式，整个E-Fe2+/Fe°-PRB像围墙一样将原渗水边界围起来，浅层地下水渗入E-Fe27Fe°-PRB中，污染物在其中被去除，地下水达标渗出。E-Fe27Fe°-PRB内部每隔0.5m设置一个电极，每个电极对之间的电压为100V，采用脉冲供电方式，每半小时进行一次开、关切换，由市电提供电力。
【主权项】
1.一种地下水原位修复方法，其特征在于:在零价铁可渗透反应墙两侧分别安装阴极和阳极，由阴极和阳极产生足够强的电场在大颗粒铁肩的两端诱导出足够高的电势差，使铁肩靠近阴极的一端发生氧化反应释放出Fe2+离子，靠近阳极的一端将水电解释放出0H_离子和H2气体；Fe 2+离子被用作还原剂对地下水进行解毒；0!1_离子通过生成氢氧化物沉淀去除地下水中的重金属；H2气用来对可渗透反应墙中的沉淀物进行搅拌，减轻堵塞。
【专利摘要】本发明提出一种地下水原位修复方法，为实现本发明目的而采用的技术方案是：选用粒径较大的铁屑与其他辅助填充物构建可渗透反应墙1；在可渗透反应墙两侧分别安装阴极2和阳极3，由阴极2和阳极3产生足够强的电场在铁屑两端诱导出足够高的电势差，使铁屑靠近阴极的一端发生氧化反应释放出Fe2+离子，靠近阳极的一端将水电解释放出OH-离子和H2气体。Fe2+离子被用作还原剂对地下水进行解毒；OH-离子通过生成氢氧化物沉淀去除地下水中的重金属；H2气体用来对可渗透反应墙中的沉淀物进行搅拌，减轻堵塞。
【IPC分类】C02F1-70, C02F1-62, C02F1-46
【公开号】CN104787855
【申请号】CN201510193971
【发明人】李 东, 胡思扬, 范敏, 孙德林, 吴昕达, 袁兴中
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月22日