一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统的制作方法
【专利摘要】一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，由还原反应墙与吸附反应墙构成，还原反应墙在前，吸附反应墙在后，还原反应墙与吸附反应墙之间的间距为2.5-5m，还原反应墙与吸附反应墙的底端均深入到不透水层至少0.60～0.8m，顶端均需高于地下水最高水位0.4～0.5m，使用时污染水流先通过还原反应墙，再通过吸附反应墙，当铬污染的地下水流经时，先经还原反应墙与零价铁粉发生还原反应，可使六价铬转化为三价铬，秸秆中的有机质可作为电子供体，促进六价铬的还原，吸附反应墙则通过生物质吸附剂具有巨大表面积、强力吸附剩余污染物，解决了还原剂被冲走、还原产物被稀释冲走、还原剂使用饱和而未达到六价铬的还原等问题，实现地下水中铬污染的经济、高效去除。
【专利说明】—种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统
【技术领域】
[0001]本发明属地下水环境污染防治领域，具体涉及一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统。
【背景技术】
[0002]铬的毒性主要来自六价铬，其被列为是对人体危害最大的八种化学物质之一，是国际公认的三种致癌金属物之一，同时也是美国EPA公认的129种重点污染物之一。
[0003]受铬污染的地下水的修复通常采用抽出-地表化学处理法，但存在成本高、周期长、能耗大、易造成地面二次污染等缺点。近年来，零价铁PRB技术以其能耗低、不造成二次污染等优势迅速兴起，在这个过程中，要求有过量的还原剂的存在，因此实际使用过程中会存在还原剂被冲走、还原产物被稀释冲走、还原剂使用饱和等问题。
[0004]同时，受铬污染的地下水治理也可通过吸附、化学沉淀、离子交换、过滤、膜技术等方法治理，其中，吸附法能较好的适应水量水质变化，操作简单，价格低廉，且吸附剂易于再生，不易造成二次污染，因而应用前景广泛。
[0005]蛭石广泛存在于环境中，一般具有较大的比表面积，在通常的pH范围内，对水中的金属离子通常具有较好的吸附能力，通过其表面官能团的离子交换和络合等作用吸附去除水中的铬污染物，工程应用也比较广泛。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的缺点，`本发明的目的是提供一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，实现地下水中铬污染的经济、高效去除。
[0007]为达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0008]一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，由还原反应墙与吸附反应墙构成，还原反应墙在前，吸附反应墙在后，还原反应墙与吸附反应墙之间的间距为2.5-5m,还原反应墙与吸附反应墙的底端均深入到不透水层至少0.60~0.Sm,顶端均需高于地下水最高水位0.4~0.5m。
[0009]所述的还原反应墙的反应墙填料粒径I~2cm,填充介质为有零价铁粉、稻杆、改性蛭石和硅酸盐，四者重量百分比为2-5%:15-20%:8-12%:63-75% ;零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐的混合物的pH值为8.05±0.25 ;改性蛭石成分重量百分比为:Si023 7~42%、Al2039 ~14%、Fe2035 ~9%、MgOll ~23%、Ti022 ~6%、K203 ~6%、Ca05 ~33% ;改性蛭石粒径范围为0.35~1.45mm ;秸杆颗粒粒径范围为0.1~85mm ;硅酸盐为硅酸盐水泥(标号325)。
[0010]所述的吸附反应墙的填充介质为生物质吸附材料和硅酸盐，二者重量百分比为20-35%:65-80% ;生物质吸附材料为果壳、竹子或秸杆，生物质吸附材料颗粒粒径范围为10~50mm,娃酸盐为娃酸盐水泥(标号325)。
[0011]所述的还原反应墙填料制备方法，包括以下步骤:[0012]I)将粒度为0.35~1.45mm的蛭石用弱酸弱碱溶液在75~95°C条件下进行2~4次离子交换、洗涤后，放置于烘箱中在60°C~80°C条件下干燥2.5~3.5小时，通入保护气氮气在管式炉200°C条件下焙烧2.5~3.5小时，其中蛭石与弱酸弱碱的混合比例为体积比1:10-20 ;得到物料I ；
[0013]2)向物料I中加入零价铁粉、秸杆粉继续混合均匀，得到物料2 ；
[0014]3)将所得物料2在搅拌下喷洒清水和硅酸盐水泥，充分混匀，得到物料3 ；
[0015]4)将所得物料3用挤压造粒机制成I~2cm球状颗粒，得物料4;
[0016]5)将物料4徐养护24小时，使其硬化备用；
[0017]零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐，四者重量百分比为2-5%:15-20%:8_12%:63-75%。
[0018]所述的吸附反应墙填料的制备方法，包括以下步骤:将粒度为10~50mm的生物质吸附材料和硅酸盐水泥(标号325)在搅拌下喷洒清水，生物质吸附材料和硅酸盐重量百分比为20-35% =65-80%,充分混匀，随后挤压造粒制成I~2cm球状颗粒，再养护24小时，使
其硬化备用。
[0019]所述的双层可渗透反应墙的宽度为污染物羽流宽度的1.3~1.5倍。
[0020]所述的双层可渗透反应墙的修复体系方法包括以下步骤:
[0021]I)在预定位置挖出两条沟渠，两沟渠之间留有间距；
[0022]2)还原反应墙与吸附反应墙的底端均深入到不透水层至少0.60~0.8m,顶端均需高于地下水最高水位0.4~0.5m ;`两墙的宽度取污染物羽流宽度的1.3~1.5倍，其中还原反应墙的厚度D可由公式D=Vt计算，其中V为地下水平均流速，单位为cm/s，设计中采用最大流速值为修复污染物所需的反应时间，即污染物在反应墙的停留时间，单位为S，吸附反应墙的厚度与还原反应墙厚度接近即可；
[0023]满足以上双渗透反应墙的宽度、深度、厚度的要求，制作铁质框，并将其安装在沟渠内；
[0024]3)还原反应墙与吸附反应墙均需采用厚度为3~5_高密度聚乙烯材料制备边长为Im的立方体填料箱，其中垂直于水流方向前后两墙面各布满半径为Icm的小孔64个；
[0025]4)将还原反应墙与吸附反应墙各自的球状填充颗粒分别填至相应的还原与吸附填料箱，将还原与吸附填料箱顺序放入相应的还原反应墙与吸附反应墙内；还原反应墙在前，吸附反应墙在后；还原反应墙与吸附反应墙之间的间距为2.5-5m。
[0026]本发明提供的双层可渗透反应墙修复体系可用于修复铬污染的地下水，使用时污染水流首先通过还原反应墙，再通过吸附反应墙。当铬污染的地下水流经时，先经还原反应墙与零价铁粉发生还原反应，可使六价铬转化为三价铬。秸杆中的有机质可作为电子供体，促进六价铬的还原。吸附反应墙则通过生物质吸附剂具有巨大表面积、强力吸附剩余污染物，解决了还原剂被冲走、还原产物被稀释冲走、还原剂使用饱和而未达到六价铬的还原等问题。
[0027]本发明的优点:通过还原反应墙与吸附反应墙形成的双层可渗透反应墙系统，可实现地下水中铬污染的经济、高效去除。
【具体实施方式】[0028]下面结合具体实施例对本发明做详细描述。
[0029]实施例1
[0030]一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，由还原反应墙与吸附反应墙构成，还原反应墙在前，吸附反应墙在后，还原反应墙与吸附反应墙之间的间距为3m,还原反应墙与吸附反应墙的底端均深入到不透水层0.6m,顶端均需高于地下水最高水位0.4m。
[0031]所述的还原反应墙的反应墙填料粒径1cm，填充介质为有零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐，四者重量百分比为5%:15%:10%:70% ;零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐的混合物的PH值为8.15 ;改性蛭石成分重量百分比为:Si0238%、Al2O311%> Fe2039%、Mg022%、Ti026%、K206%、Ca08%，改性蛭石粒径范围为0.55~1.45mm ;秸杆颗粒粒径为13~33mm ;娃酸盐为娃酸盐水泥(标号325)。
[0032]所述的吸附反应墙的填充介质为生物质吸附材料和硅酸盐，二者重量百分比为30%:70% ;生物质吸附材料为果壳，生物质吸附材料颗粒粒径为40~50mm，硅酸盐为硅酸盐水泥(标号325)。
[0033]所述的还原反应墙填料制备方法，包括以下步骤:
[0034]I)将粒度为1.05~1.35mm的蛭石用弱酸弱碱溶液在80°C条件下进行2次离子交换、洗涤后，放置于烘箱中在80°C条件下干燥3.5小时，通入保护气氮气在管式炉200°C条件下焙烧2.5小时，其中蛭石与弱酸弱碱的混合比例为体积比1:11 ;得到物料I ;
[0035]2)向物料I中加入零价铁粉、秸杆粉继续混合均匀，得到物料2 ；
[0036]3)将所得物料2在搅拌下喷洒清水和硅酸盐水泥，充分混匀，得到物料3 ；
[0037]4)将所得物料3用挤压造粒机制成Icm球状颗粒，得物料4 ；
`[0038]5)将物料4徐养护24小时，使其硬化备用；
[0039]零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐，四者重量百分比为5%:15%:10%:70%。
[0040]所述的吸附反应墙填料的制备方法，包括以下步骤:将粒度为40~50mm的生物质吸附材料和硅酸盐水泥(标号325)在搅拌下喷洒清水，生物质吸附材料和硅酸盐重量百分比为30%:70%,充分混匀，随后挤压造粒制成Icm球状颗粒，再养护24小时，使其硬化备用。
[0041]所述的双层可渗透反应墙的宽度为污染物羽流宽度的1.3倍。
[0042]所述的双层可渗透反应墙的修复体系方法包括以下步骤:
[0043]I)在预定位置挖出两条沟渠，两沟渠之间留有间距；
[0044]2)还原反应墙与吸附反应墙的底端均深入到不透水层0.7m,顶端均需高于地下水最高水位0.5m ;两墙的宽度取污染物羽流宽度的1.3倍，其中还原反应墙的厚度D可由公式D=Vt计算,其中ν为地下水平均流速，单位为cm/s,设计中采用最大流速值；t为修复污染物所需的反应时间，即污染物在反应墙的停留时间，单位为s，吸附反应强的厚度要求不严格，与渗透还原反应墙厚度接近即可。
[0045]满足以上双渗透反应墙的宽度、深度、厚度的要求，制作铁质框，并将其安装在沟渠内；
[0046]3)还原反应墙与吸附反应墙均需采用厚度为5mm高密度聚乙烯材料制备边长为Im的立方体填料箱，其中垂直于水流方向前后两墙面各布满半径为Icm的小孔64个；
[0047]4)将还原反应墙与吸附反应墙各自的球状填充颗粒分别填至相应的还原与吸附填料箱，将还原与吸附填料箱顺序放入相应的还原反应墙与吸附反应墙内；还原反应墙在前，吸附反应墙在后；还原反应墙与吸附反应墙之间的间距为3m。
[0048]该实施例的有益效果:通过在场地内双层渗透反应墙前后布设的监测井监测地下水中铬污染物浓度。结果表明:整个系统运行220天后，铬污染物平均浓度由原来的143.5mg/L，降为 15.3mg/L，去除率为 89.4%0
[0049]实施例2
[0050]一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，由还原反应墙与吸附反应墙构成，还原反应墙在前，吸附反应墙在后，还原反应墙与吸附反应墙之间的间距为4m,还原反应墙与吸附反应墙的底端分别深入到不透水层0.7m、0.8m,顶端分别高于地下水最高水位
0.4m、0.5m。
[0051]所述的还原反应墙的反应墙填料粒径2cm，填充介质为有零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐，四者重量百分比为3%:20%:12%:65% ;零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐的混合物的PH值为8.05 ;改性蛭石成分重量百分比为:Si0242%、Al20314%、Fe2039%、MgOl 1%,Ti022%、K203%、Ca019%，改性蛭石粒径范围为0.75~0.95mm ;秸杆颗粒粒径为0.1~66mm ；娃酸盐为娃酸盐水泥(标号325)。
[0052]所述的吸附反应墙的填充介质为生物质吸附材料和硅酸盐，二者重量百分比为35%:65% ;生物质吸附材料为稻 杆,生物质吸附材料颗粒粒径为15~50mm,娃酸盐为娃酸盐水泥(标号325)。
[0053]所述的还原反应墙填料制备方法，包括以下步骤:
[0054]I)将粒度为0.35~1.15mm的蛭石用弱酸弱碱溶液在95°C条件下进行3次离子交换、洗涤后，放置于烘箱中在80°C条件下干燥3小时，通入保护气氮气在管式炉200°C条件下焙烧2.75小时，其中蛭石与弱酸弱碱的混合比例为体积比1:20 ;得到物料I ;
[0055]2)向物料I中加入零价铁粉、秸杆粉继续混合均匀，得到物料2 ；
[0056]3)将所得物料2在搅拌下喷洒清水和硅酸盐水泥，充分混匀，得到物料3 ；
[0057]4)将所得物料3用挤压造粒机制成2cm球状颗粒，得物料4 ；
[0058]5)将物料4徐养护24小时，使其硬化备用；
[0059]零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐，四者重量百分比为3%:20%:12%:65%。
[0060]所述的吸附反应墙填料的制备方法，包括以下步骤:将粒度为15~50mm的生物质吸附材料和硅酸盐水泥(标号325)在搅拌下喷洒清水，生物质吸附材料和硅酸盐重量百分比为35%:65%,充分混匀，随后挤压造粒制成2cm球状颗粒，再养护24小时，使其硬化备用。
[0061]所述的双层可渗透反应墙的宽度为污染物羽流宽度的1.5倍。
[0062]所述的双层可渗透反应墙的修复体系方法包括以下步骤:
[0063]I)在预定位置挖出两条沟渠，两沟渠之间留有间距；
[0064]2)还原反应墙与吸附反应墙的底端分别深入到不透水层0.7m、0.8m,顶端分别高于地下水最高水位0.4m、0.5m，两墙的宽度取污染物羽流宽度的1.5倍，其中还原反应墙的厚度D可由公式D=Vt计算，其中V为地下水平均流速，单位为cm/s，设计中采用最大流速值为修复污染物所需的反应时间，即污染物在反应墙的停留时间，单位为S，吸附反应强的厚度要求不严格，与还原反应墙厚度接近即可。
[0065]满足以上双渗透反应墙的宽度、深度、厚度的要求，制作铁质框，并将其安装在沟渠内；[0066]3)还原反应墙与吸附反应墙均需采用厚度为4mm高密度聚乙烯材料制备边长为Im的立方体填料箱，其中垂直于水流方向前后两墙面各布满半径为Icm的小孔64个；
[0067]4)将还原反应墙与吸附反应墙各自的球状填充颗粒分别填至相应的还原与吸附填料箱，将还原与吸附填料箱顺序放入相应的还原反应墙与吸附反应内；还原反应墙在前，吸附反应墙在后；还原反应墙与吸附反应墙之间的间距为5m。
[0068]该实施例的有益效果:
[0069]通过在场地内双层渗透反应墙前后布设的监测井监测地下水中铬污染物浓度。结果表明:整个系统运行200天后，铬污染物平均浓度由原来的122.5mg/L,降为27.5mg/L，去除率为77.6%。`
【权利要求】
1.一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，其特征在于:由还原反应墙与吸附反应墙构成，还原反应墙在前，吸附反应墙在后，还原反应墙与吸附反应墙之间的间距为2.5-5m，还原反应墙与吸附反应墙的底端均深入到不透水层至少0.60~0.8m,顶端均需高于地下水最高水位0.4~0.5m。
2.根据权利要求1所述的一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，其特征在于:所述的还原反应墙的反应墙填料粒径I~2cm，填充介质为有零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐，四者重量百分比为2-5%:15-20%:8-12%:63-75% ;零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐的混合物的pH值为8.05±0.25 ;改性蛭石成分重量百分比为Si0237~42%、A12039~14%、Fe2035 ~9%, MgOl I ~23%、Ti022 ~6%、K203 ~6%、Ca05 ~33% ;改性蛭石粒径范围为0.35~1.45mm ;秸杆颗粒粒径范围为0.1~85mm ;硅酸盐为硅酸盐水泥(标号325)。
3.根据权利要求1所述的一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，其特征在于:所述的吸附反应墙的填充介质为生物质吸附材料和硅酸盐，二者重量百分比为20-35%:65-80% ;生物质吸附材料为果壳、竹子或秸杆，生物质吸附材料颗粒粒径范围为10~50mm,娃酸盐为娃酸盐水泥(标号325)。
4.根据权利要求1所述的一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，其特征在于:所述的还原反应墙填料制备方法，包括以下步骤: 1)将粒度为0.35~1.45mm的蛭石用弱酸弱碱溶液在75~95°C条件下进行2~4次离子交换、洗涤后，放置于烘箱中在60°C~80°C条件下干燥2.5~3.5小时，通入保护气氮气在管式炉200°C条件下焙烧2.5~3.5小时，其中蛭石与弱酸弱碱的混合比例为体积比1:10-20 ;得到物料I ； 2)向物料I中加入零价铁粉、秸杆粉继续混合均匀，得到物料2； 3)将所得物料2在搅拌下 喷洒清水和硅酸盐水泥，充分混匀，得到物料3； 4)将所得物料3用挤压造粒机制成I~2cm球状颗粒，得物料4； 5)将物料4徐养护24小时，使其硬化备用； 零价铁粉、秸杆、改性蛭石和硅酸盐，四者重量百分比为2-5%:15-20%:8-12%:63_75%。
5.根据权利要求1所述的一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，其特征在于:所述的吸附反应墙填料的制备方法，包括以下步骤:将粒度为10~50mm的生物质吸附材料和硅酸盐水泥(标号325)在搅拌下喷洒清水，物质吸附材料和硅酸盐重量百分比为20-35% =65-80%,充分混匀，随后挤压造粒制成I~2cm球状颗粒，再养护24小时，使其硬化备用。
6.根据权利要求1所述的一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，其特征在于:所述的双层可渗透反应墙的宽度为污染物羽流宽度的1.3~1.5倍。
7.根据权利要求1所述的一种修复铬污染地下水的双层可渗透反应墙系统，其特征在于: 所述的双层可渗透反应墙的修复体系方法包括以下步骤: 1)在预定位置挖出两条沟渠，两沟渠之间留有间距； 2)还原反应墙与吸附反应墙的底端均深入到不透水层至少0.60~0.Sm,顶端均需高于地下水最高水位0.4~0.5m ;两墙的宽度取污染物羽流宽度的1.3~1.5倍，其中还原反应墙的厚度D可由公式D=Vt计算，其中ν为地下水平均流速，单位为cm/s，设计中采用最大流速值；t为修复污染物所需的反应时间，即污染物在反应墙的停留时间，单位为S，吸附反应墙的厚度与还原反应墙厚度接近即可； 满足以上双渗透反应墙的宽度、深度、厚度的要求，制作铁质框，并将其安装在沟渠内； 3)还原反应墙与吸附反应墙均需采用厚度为3~5_高密度聚乙烯材料制备边长为Im的立方体填料箱，其中垂直于水流方向前后两墙面各布满半径为Icm的小孔64个； 4)将还原反应墙与吸附反应墙各自的球状填充颗粒分别填至相应的还原与吸附填料箱,将还原与吸附填料箱顺序放入相应的还原反应墙与吸附反应墙内；还原反应墙在前,吸附反应墙在后；还原反应墙 与吸附反应墙之间的间距为2.5-5m。
【文档编号】C02F101/22GK103880107SQ201410088161
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】殷晓东, 杨勇, 崔夏, 王颖, 黄海, 蒋建国 申请人:北京鼎实环境工程有限公司