一种Fe（Ⅱ）活化过硫酸钠法修复地下水装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环保技术领域，涉及受污染地下水的修复技术，具体为一种Fe (II)活 化过硫酸钠法修复地下水装置及方法。
【背景技术】
[0002] 抗癫痫药物卡马西平（Carbamazepine, CBZ)作为PPCPs中一种典型代表，以其庞 大的使用量和难以降解的物质特性，引起了世界的广泛关注。据报道，在很多地区的地下水 中普遍检测到了 CBZ，其浓度可高达155ng/L。CBZ在水体中难以被生物降解，长期累积，会 对水体环境和生物体造成潜在威胁。因此，解决地下水中CBZ的污染问题迫在眉睫。近年 来，人们开始研究采用原位化学修复技术（in situ chemical oxidation, ISC0)修复地下 水和土壤中的有机污染物质。其中，采用过硫酸盐活化技术原位修复具有修复周期短、效率 高、成本低、效果好等优点，成为最有前景的原位修复技术之一。
[0003] 为了实现在ISC0修复中，氧化剂能持续作用于污染物，达到长期修复的目的， 缓释材料的制备和研究近年来得到了很高的重视。过硫酸盐缓释材料具备造价低廉，释 放性能好的特点，在过渡金属催化或加热条件下均能产生具有强氧化性的硫酸根自由基 (S0 4'），在酸性、中性及碱性条件下都具有良好的氧化能力，且受水体中有机质的影响比较 小。过硫酸盐缓释材料已经在地下水原位修复的中得到了成功应用，Kambhu等人制作了以 石蜡为包裹体的缓释材料，通过亚铁及零价铁的活化，在实验室模拟地下水中苯系物的去 除情况，可达到快速降解污染物的目的。Liang等人使用SPS缓释材料处理地下水中的甲基 叔丁醚和苯等物质，发现缓释材料的释放时间长，性能好，能持续氧化有机物。这些研究表 明，缓释材料在地下水原位化学修复中有着广泛的适用性和有效性。
[0004] 已有多个研究表明，Fe2+能活化过硫酸盐产生自由基，氧化有机污染物，并且取得 了良好的去除效果。结合缓释材料对氧化剂的释放，Fe 2+活化SPS降解CBZ，用于降解地下 水中的PPCPs。通过柱试验模拟受污染地下水，用于检测缓释材料在Fe 2+活化作用下对地 下水中CBZ的降解效率。
[0005] 本发明主要研究了在不同材料配比和不同氧化剂含量下的缓释材料在水体中过 硫酸钠的释放量，以单位质量材料释放的SPS的比率为释放衡量指标，分析了其释放特性 和释放机理。研究了不同缓释材料在水体中对CBZ的吸附情况，并通过分批次加入Fe 2+溶 液，考察缓释材料释放SPS被活化后对CBZ的降解情况。初步探讨并采用柱试验模拟受污 染地下水的原位化学修复，通过改变氧化剂的量、污染物的流量等条件，明确了对CBZ的降 解效率，以期为缓释材料在实际水体修复中的工程应用提供了理论支撑。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于一种Fe (II)活化过硫酸钠法修复地下水装置及方法。该装置 由三部分构成的半连续进出式反应装置。第一部分连接水样，模仿地下水的土壤含水层，并 控制流速。第二部分内有缓释材料，与溶液接触释放过硫酸钠（sodium persulfate, SPS)。 第三部分连接第二部分和Fe2+溶液，控制各组分活化反应。各部分的柱子中间都设有采样 阀，水样可被采集后用于分析污染物的浓度、S20s2浓度、Fe 2+浓度和反应后溶液的pH。本发 明对难降解有机物具有较好的处理效果，并且装置模型具有模拟规模化应用的功能。
[0007] 本发明提出的一种Fe (II )活化过硫酸钠法修复地下水装置及方法，所述装置由三 个反应容器柱子依次连接构成半连续进出式反应装置，所述第一反应容器柱子底部连接装 有0. 01~0.1 mM模拟污染物卡马西平（CBZ)溶液的密闭容器，顶端通过管道连接第二反应 容器柱子下端，所述第一反应容器柱子内放有石英砂；第二反应容器柱子顶端通过管道连 接第三反应容器柱子底部，第二反应容器柱子内下部放有石英砂，上部放有缓释材料，同时 第三反应容器柱子底部通过管道和蠕动栗连接一个装有新鲜配制的Fe 2+溶液的密闭容器， 通过控制蠕动栗将不同流速的Fe2+溶液输入到第三反应容器柱子，第三反应容器柱子上端 为出水口；所述三个反应容器柱子均设有采样阀；第一反应容器柱子用于控制不同流速的 CBZ溶液，第二反应容器柱子用于反应释放SPS，并与污染物混合。第三反应容器柱子为活 化反应区，降解CBZ溶液。
[0008] 本发明中，所述三个反应容器柱子结构相同，均由有机玻璃柱构成，第一反应容器 柱子、第二反应容器柱子内装有的石英砂为酸洗烘干后的石英砂，用于模拟地下水的土壤 含水层。第一根柱子用于控制不同流速的CBZ溶液，第二根柱子用于反应释放SPS，并与污 染物混合。第三根柱子为活化反应区，降解CBZ溶液。
[0009] 本发明中，所述缓释材料采用缓释材料A或缓释材料B，其中： 缓释材料A制备原料选择SPS、载体材料A和水，载体材料A由水泥与石英砂按照 2:1~20:1的质量比混合，将SPS、载体材料A和水均匀混合填充于2cmX 2cmX 2cm的模具 中，48h后取出，即得到缓释材料A ; 缓释材料B的制备原料选择载体材料B和SPS，其中载体材料B由石蜡与石英砂按照 2:1~20:1的质量比混合，将不同质量的切片石蜡放入烧杯中，在水浴锅中加热至完全熔 化，后将称好的石英砂倒入后搅拌均匀，直到石英砂被石蜡完全浸润，后加入对应比例的 SPS粉末，趁热快速倒入2 CmX2CmX2cm的模具中，用玻璃棒捣实，冷却成型后取出。
[0010] 本发明提出的一种Fe (II )活化过硫酸钠法修复地下水装置的使用方法，具体步 骤如下：控制蠕动栗将原水进过第一反应容器柱子中，使原水与石英砂充分接触后，所述原 水进入第二反应容器柱子中，经过石英砂后与缓释材料接触，并将缓释材料带入第二反应 容器柱子，同时Fe 2+由蠕动栗控制流速流入第三反应容器柱子中与原水及缓释材料混合， 发生反应；缓释材料在Fe2+的作用下进行；Fe 2+与S 2082反应生成Fe 3+，S042和S0 4'，同时 S0/与S 2082反应生成S0 42和S 20/，反应式如下： Fe2++ S20s2 一 Fe 3++S042 +S04. S04. + S20s2 - SO 42 + S20s. 其中S04 ?和S 20s ?对CBZ具有催化氧化作用。
[0011] 本发明的有益效果在于： 1)本发明的处理装置结构简单，成本低，易操作。
[0012] 2)本发明通过Fe (II )活化过硫酸钠，Fe2+能有效控制缓释材料释放过硫酸根和 硫酸根自由基。
[0013] 3)本发明利用柠檬酸钠螯合剂，加强Fe2+的活化效率，防止氧化失去活化SPS能 力，使Fe2+持续活化SPS产出自由基。
[0014] 4)本发明提供的去除方法为常温反应，安全系数高，能耗低，无不良环境影响，材 料简单易得且易运输。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明具体方式结构示意图。
[0016] 图2是实施例1在缓释材料A的作用下处理CBZ的效果。
[0017] 图3是实施例3在缓释材料B的作用下处理CBZ的效果。
[0018] 图4是实施例1和实施例2在缓释材料A、B缓释前后SEM图；其中：（a )为材料 A缓释前，（b )为材料A缓释后，（c )为材料B缓释前，（d )为材料B缓释后。
[0019] 图中标号：1为反应容器柱子；2为水样（CBZ溶液）；3为蠕动栗；4为石英砂；5为 缓释材料；6为反应区；7为Fe 2+溶液；