本发明涉及一种用于控制污染地下水的原位竖向隔离屏障技术,属于污染场地隔离控制
技术领域：
。
背景技术：
：近年来，随着经济发展和产业布局的调整，大批工业企业逐步关停或搬离城区，其中化工厂、电镀厂等高污染企业在多年生产运营期间产生的污染物仍然遗留在原厂地，并随地下水流动而向周边区域扩散，对公众健康和周边环境造成严重威胁。由于土壤和地下水污染存在隐蔽性、滞后性、积累性的特点，且难以通过自净修复，而人工治理由于地质条件、环境因素及经济因素等条件的限制，往往难以达到预期的修复效果。竖向隔离屏障虽然不能直接消除污染源，但作为一种施工简便、造价低廉且防渗效果出众的污染场地控制隔离技术，可有效限制污染物的迁移，消除污染场地对周边环境的不利影响。除此之外，竖向隔离屏障技术还可以为人类寻求彻底、高效而经济的污染修复技术提供充分时间保障。得益于其高膨胀性和低渗透性，膨润土被广泛应于各类防污隔离设施中，土-膨润土竖向隔离工程屏障就是一种目前常见隔离控制方法。然而，天然的优质膨润土资源有限且价格高昂，并且膨润土在化学溶液的侵蚀下，渗透系数大幅增加，难以维持对污染场地的阻隔作用。而国内众多污染场地中污染物种类繁多且浓度较高，其中不乏同时存在重金属和有机物的复合污染场地，对土-膨润土隔离屏障的防渗性能造成严峻的考验。技术实现要素：技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种可吸附有机物的原位竖向阻隔材料，该材料具有良好的化学相容性，在高浓度的重金属和有机物污染液作用下仍可维持低渗透性，并对有机物污染具有一定的截污能力，大大提高了膨润土系阻隔的防渗性能，延长了使用寿命，降低了工程成本，可广泛应用于重金属和有机物复合污染场地的修复。技术方案：为解决上述技术问题，本发明的可去除有机污染物的原位竖向阻隔材料及其制备方法采用如下技术方案：该阻隔材料由六偏磷酸钠改性膨润土、吸附材料和原位土组成，其中，按质量比，吸附材料1％-20％，六偏磷酸钠改性膨润土8％-12％，原位土70％-90％，吸附材料为沸石、零价微米铁粉和石墨烯组成的复合材料，所述吸附材料的沸石和零价微米铁粉、石墨烯的质量比为6:1:1～10:1:1。其中，所述的六偏磷酸钠改性膨润土中六偏磷酸钠掺量为膨润土质量的2-4％，改性膨润土的粒径小于或等于0.15mm。所述的零价微米铁粉为170～200目，铁含量质量比大于99％。所述沸石中值粒径为150μm。所述石墨烯粒中值粒径为10μm。本发明的可去除有机污染物的原位竖向阻隔的制备方法包括以下步骤：步骤1)将零价微米铁粉、石墨烯和沸石加入到超净水中，充分搅拌，制得混合浆料；步骤2)将上述混合浆料液真空抽滤，得到的固相用超净水和无水乙醇洗涤，随后置于真空干燥箱中干燥，取出后保存在真空干燥器中，即为吸附材料；步骤3)将晶粒状六偏磷酸钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解后加入膨润土充分搅拌得到膨润土泥浆，静置到完全水化后再次搅拌，送入烘箱烘干后研磨过筛，制得六偏磷酸钠改性膨润土；步骤4)将六偏磷酸钠改性膨润土和水混合，加入吸附材料，进行搅拌，得膨润土泥浆；步骤5)将膨润土泥浆与原位土充分拌和，得所述工程屏障材料。其中，所述步骤1)中，添加的沸石和零价微米铁粉、石墨烯的质量比为6:1:1～10:1:1；搅拌器械的转速为1000～3000r/min，搅拌时间为1h。所述步骤2)中，真空抽滤获得的固相用超净水洗涤3～5次，随后用无水乙醇洗涤1～2次；利用真空干燥箱对固相烘干，烘箱内温度为80～85℃，烘干时间为12～18h。所述步骤3)中，加入到六偏磷酸钠溶液中的膨润土干土质量与六偏磷酸钠溶液质量比为1:1.5～1:3；利用搅拌机对膨润土和六偏磷酸钠溶液进行搅拌，搅拌机的转速为500～3000r/min，搅拌机的搅拌时间为5～15min；膨润土浆液在室温下静置水化的时间为24h～48h；膨润土泥浆放入105～115℃烘箱烘干至恒重，烘干后研磨过筛粒径小于0.075mm)，去除杂质。所述步骤4)中，六偏磷酸钠改性膨润土和水按照质量比0.08:1～0.12:1进行配制；所述的膨润土与水混合之前，过筛粒径小于0.075mm，去除杂质；利用搅拌机对膨润土和水进行搅拌，搅拌机的转速为500～3000r/min，搅拌机的搅拌时间为5～15min。有益效果：与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：本发明实施例提供的可去除有机污染物的原位竖向阻隔材料，保留了六偏磷酸钠改性膨润土材料的低渗透性和高化学相容性，在高浓度重金属和有机物溶液作用下仍然可以保持较低的渗透系数，并对有机污染物有良好的截污能力，大大提高了膨润土系隔离设施的防渗效果和有效使用寿命。本发明实施例提供的制备方法简单易操作，对生产设备要求简单，易推广使用，工程成本较低。本发明实例的阻隔材料中的吸附材料的主要成分为零价微米铁、石墨烯和沸石，无毒无害生产原料来源广泛，广泛应用于净水处理，属环境友好型材料。膨润土同样多用作净水、防污设施材料，同样无毒无害，同时能吸附有害物质，属于环境友好型材料。本发明实施例的可去除有机污染物的原位竖向阻隔材料符合我国土十条国家政策，具有广阔的应用前景及环境保护意义。具体实施方式六偏磷酸钠改良后的钙基膨润土具有分散、致密的微观结构，具有更强的土体表面负电势和更小的膨润土的层间距。六偏磷酸钠的改性机理为通过离子交换、化学吸附及空间位阻稳定作用，增加膨润土双电层厚度，剥离膨润土团聚体，减小孔隙尺寸，从而提高膨润土的膨胀性和防渗性。得益于较低的渗透系数，六偏磷酸钠改性膨润土系阻隔具有良好的防渗效果。在工程屏障服役期间，屏障中的吸附材料可以有效吸附污染液中的有机物，从而达到去除效果，也大大提升了工程屏障的截污能力，防止击穿，延长其使用寿命。实施实例如下：出于安全考虑，室内试验中原位土一律采用砂土，其物理性质见表1。试验所用膨润土为钙基膨润土，其性质见表2。实施例1：步骤1)将170目的零价微米铁粉、石墨烯和沸石加入到超净水中，质量比为1:1:6，以1000r/min的速度充分搅拌1h，制得混合浆料；步骤2)将上述混合浆料液真空抽滤，固相分别用超净水洗涤3次，无水乙醇洗涤1次，随后置于80℃的真空干燥箱中干燥12h，取出后保存在真空干燥器中，即为吸附材料；步骤3)将一定质量的晶粒状六偏磷酸钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解后，以溶液与膨润土干土质量比为2:1的比例加入膨润土，以500r/min的速度搅拌5min得到膨润土泥浆，室温静置24h到完全水化后再次以500r/min的速度搅拌5min后，送入105摄氏度烘箱烘干后研磨过200目筛，制得六偏磷酸钠改性膨润土；步骤4)将六偏磷酸钠改性膨润土和水以0.1:1的比例混合，以500r/min的速度进行搅拌，得膨润土泥浆；步骤5)在膨润土泥浆中掺入吸附材料，并与砂土充分拌和，得工程屏障材料，其中吸附材料质量占六偏磷酸钠改性膨润土质量的1％。实施例2：步骤1)将170目的零价微米铁粉、石墨烯和沸石加入到超净水中，质量比为1:1:6，以2000r/min的速度充分搅拌1h，制得混合浆料；步骤2)将上述混合浆料液真空抽滤，固相分别用超净水洗涤3次，无水乙醇洗涤1次，随后置于80℃的真空干燥箱中干燥12h，取出后保存在真空干燥器中，即为吸附材料；步骤3)将一定质量的晶粒状六偏磷酸钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解后，以溶液与膨润土干土质量比为2:1的比例加入膨润土，以500r/min的速度搅拌5min得到膨润土泥浆，室温静置24h到完全水化后再次以500r/min的速度搅拌5min后，送入105摄氏度烘箱烘干后研磨过200目筛，制得六偏磷酸钠改性膨润土；步骤4)将六偏磷酸钠改性膨润土和水以0.1:1的比例混合，并加入吸附材料，以1500r/min的速度进行搅拌，得膨润土泥浆；步骤5)将膨润土泥浆与砂土充分拌和，得工程屏障材料，其中吸附材料质量占六偏磷酸钠改性膨润土质量的5％。实施例3：步骤1)将200目的零价微米铁粉、石墨烯和沸石加入到超净水中，质量比为1:1:10以1000r/min的速度充分搅拌1h，制得混合浆料；步骤2)将上述混合浆料液真空抽滤，固相分别用超净水洗涤3次，无水乙醇洗涤1次，随后置于80℃的真空干燥箱中干燥12h，取出后保存在真空干燥器中，即为吸附材料；步骤3)将一定质量的晶粒状六偏磷酸钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解后，以溶液与膨润土干土质量比为2:1的比例加入膨润土，以500r/min的速度搅拌5min得到膨润土泥浆，室温静置24h到完全水化后再次以500r/min的速度搅拌5min后，送入105摄氏度烘箱烘干后研磨过200目筛，制得六偏磷酸钠改性膨润土；步骤4)将六偏磷酸钠改性膨润土和水以0.1:1的比例混合，并加入吸附材料，以1500r/min的速度进行搅拌，得膨润土泥浆；步骤5)将膨润土泥浆与砂土充分拌和，得工程屏障材料，其中吸附材料质量占六偏磷酸钠改性膨润土质量的1％。实施例4：步骤1)将200目的零价微米铁粉、石墨烯和沸石加入到超净水中，质量比为1:1:8，以1500r/min的速度充分搅拌1h，制得混合浆料；步骤2)将上述混合浆料液真空抽滤，固相分别用超净水洗涤3次，无水乙醇洗涤1次，随后置于80℃的真空干燥箱中干燥12h，取出后保存在真空干燥器中，即为吸附材料；步骤3)将一定质量的晶粒状六偏磷酸钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解后，以溶液与膨润土干土质量比为2:1的比例加入膨润土，以500r/min的速度搅拌5min得到膨润土泥浆，室温静置24h到完全水化后再次以500r/min的速度搅拌5min后，送入105摄氏度烘箱烘干后研磨过200目筛，制得六偏磷酸钠改性膨润土；步骤4)将六偏磷酸钠改性膨润土和水以0.1:1的比例混合，并加入吸附材料，以1500r/min的速度进行搅拌，得膨润土泥浆；步骤5)将膨润土泥浆与砂土充分拌和，得工程屏障材料，其中吸附材料质量占六偏磷酸钠改性膨润土质量的5％。实施例5：步骤1)将200目的零价微米铁粉、石墨烯和沸石加入到超净水中，质量比为1:1:,10，以2200r/min的速度充分搅拌1h，制得混合浆料；步骤2)将上述混合浆料液真空抽滤，固相分别用超净水洗涤3次，无水乙醇洗涤1次，随后置于80℃的真空干燥箱中干燥12h，取出后保存在真空干燥器中，即为吸附材料；步骤3)将一定质量的晶粒状六偏磷酸钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解后，以溶液与膨润土干土质量比为2:1的比例加入膨润土，以500r/min的速度搅拌5min得到膨润土泥浆，室温静置24h到完全水化后再次以500r/min的速度搅拌5min后，送入105摄氏度烘箱烘干后研磨过200目筛，制得六偏磷酸钠改性膨润土；步骤4)将六偏磷酸钠改性膨润土和水以0.1:1的比例混合，并加入吸附材料，以1500r/min的速度进行搅拌，得膨润土泥浆；步骤5)将膨润土泥浆与砂土充分拌和，得工程屏障材料，其中吸附材料质量占六偏磷酸钠改性膨润土质量的10％。实施例6：步骤1)将200目的零价微米铁粉、石墨烯和沸石加入到超净水中，质量比为1:1:10，以2900r/min的速度充分搅拌1h，制得混合浆料；步骤2)将上述混合浆料液真空抽滤，固相分别用超净水洗涤3次，无水乙醇洗涤1次，随后置于80℃的真空干燥箱中干燥12h，取出后保存在真空干燥器中，即为吸附材料；步骤3)将一定质量的晶粒状六偏磷酸钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解后，以溶液与膨润土干土质量比为2:1的比例加入膨润土，以500r/min的速度搅拌5min得到膨润土泥浆，室温静置24h到完全水化后再次以500r/min的速度搅拌5min后，送入105摄氏度烘箱烘干后研磨过200目筛，制得六偏磷酸钠改性膨润土；步骤4)将六偏磷酸钠改性膨润土和水以0.1:1的比例混合，并加入吸附材料，以1500r/min的速度进行搅拌，得膨润土泥浆；步骤5)将膨润土泥浆与砂土充分拌和，得工程屏障材料，其中吸附材料质量占六偏磷酸钠改性膨润土质量的20％。对比例：不在工程屏障材料中添加吸附材料，其他步骤与实施例类似。步骤1)将一定质量的晶粒状六偏磷酸钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解后，以溶液与膨润土干土质量比为2:1的比例加入膨润土，以500r/min的速度搅拌5min得到膨润土泥浆，室温静置24h到完全水化后再次以500r/min的速度搅拌5min后，送入105摄氏度烘箱烘干后研磨过200目筛，制得六偏磷酸钠改性膨润土；步骤2)将六偏磷酸钠改性膨润土和水以0.1:1的比例混合，以500r/min的速度进行搅拌，得膨润土泥浆；步骤3)将膨润土泥浆与砂土充分拌和，得到工程屏障材料。表1砂土物理性质指标参数数值比重gs2.65砂粒含量/％100中值粒径d30/mm0.25中值粒径d10/mm0.5天然含水率/％0表2钙基膨润土物理性质指标渗透系数测试：试验中的污染液取自宁波某工业污染场地，主要污染物为重金属和有机物，其中主要污染因子为：zn(1188mg/l)、cd(6.69mg/l)、cu(625.8mg/l)、as(40.55mg/l)、hg(2.28mg/l)，三氯乙烯(11.2mg/l)。对上述实施例和对比例制备的材料进行渗透系数测试。渗透系数测试采用中华人民共和国行业标准jtge40—2007《公路土工试验规程jtg》中的t0130-2007变水头渗透试验，变水头渗透试验适用于粘土、粘性土，可准确、简便地测试出粘性土渗透系数。测试结果如下表3所示。表3渗透试验结果有机物去除效果测试：进行渗透试验时，对出水口溢出的液体进行收集，测试其中的有机物含量，并与污染液原液进行对比。三氯乙烯的去除率如表4所示。表4有机物去除效果测试由以上试验结果表明，添加吸附材料并不会对六偏磷酸钠改性膨润土工程屏障的防渗性能造成不利影响。添加了不同掺量、不同粒径的吸附材料的工程屏障材料在重金属和有机物复合污染液作用下均可维持较低渗透系数，低于国家垃圾填埋场衬垫等防渗设施的规定限值(1×10-9m/s)。另外，添加吸附材料后，工程屏障的截污能力大幅提升，相比没有添加有机物的对比例，对三氯乙烯的去除率显著提升，对有机物具有良好的去除效果。添加吸附材料不仅可以保持工程屏障的高防渗性，还可以有效限制有机污染物向周边迁移，降低环境风险，一举多得。需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12