一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法，属于水处理【技术领域】。提供可解决纳米铁在地下水中不易迁移、修复完成后纳米铁无法回收等问题的地下水原位修复方法。1)在地下水污染区域上游打至少一口注入井；2)在地下水区域下游开挖一沟形槽；3)在沟形槽内设置一磁体并预留一定区域作为铁富集区；4)将纳米铁悬浮液注入到受污染的地下水区域，纳米铁在磁力作用下经污染区域向磁体移动；5)开启抽提泵，将富集区内铁抽出。磁体的磁体为纳米铁在地下水中的迁移提供动力，且修复完成后纳米铁可在磁体表面富集只需将其抽出就可避免因修复行为造成的二次污染。
【专利说明】—种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于磁场的地下水原位修复方法，属于水处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]当前，地下水在供水安全中所起的作用日益显著。有资料表明，全国已有400个城市开采地下水，地下水的供给量占到全国供水总量的20%，在华北和西北城市供水中分别占到了 72%和66%。然而，由于工业生产、城市发展等原因，我国的地下水污染日益严重，呈现出了由点到面、有浅到深的扩展趋势。在局部地区，地下水污染已经造成了严重危害，危及到了供水安全。鉴于地下水污染的严重性，研发地下水污染修复技术迫在眉睫。
[0003]目前的地下水污染修复技术按修复方式可分为原位修复和异位修复技术。与异位修复相比，原位修复技术以节省处理费用低、占用地表面积小，最大限度地减少污染物的暴露和对环境的干扰，是地下水修复的主要方式之一。其基本原理借助少量的地表处理设施将处理药剂通过加压输送的方式输送到受污染的地下水中，使水处理药剂与污染物发生一系列的反应达到修复的目的。纳米铁是目前主要采用的地下水处理剂，可以有效地去除水中的氯代脂肪烃类、重金属等污染物，特别是对氯代烷烃有较强的降解能力。但是，纳米铁原位修复技术在工程实践中也存在一些难题:1、纳米铁在地下水介质中的传输距离有限；2、通常采取的下游抽水活动易对地下水产生干扰且极易造成污染团块的扩散；3、做为一种纳米材料，纳米铁对生态环境和人类的负面影响逐渐引起人们的关注，现有的修复技术极少回收剩余的纳米铁及修复行为产生的铁的氧化物。
[0004]中国专利CN103230773A，CN100480198C等公开了多种受污染场地的地下水修复方法。其中，中国专利CN103230773A向地下水中依次加入阳离子表面活性剂、膨润土、混凝齐U，利用膨润土对阳离子表面活性剂的强吸附作用自行组装成有机膨润土，同时去除水中的持久性有机污染物；而中国专利CN100480198C则通过泵入高效氧化絮凝剂，经混合、絮凝反应后由复合双层滤料过滤去除地下水中的砷。由此可见，现有专利多为受污染地下水的被动收集和抽出处理，以及吸附、混凝等传统废水处理方法的延伸运用。经检索，目前国内关于纳米铁原位修复技术的专利还鲜见报道，而采用磁场强化纳米铁修复地下水的技术更是未见报道。
【发明内容】
[0005]针对现有地下水修复技术存在的缺点，本发明提出一种基于磁场的地下水原位修复方法，该方法以磁体对纳米铁的吸引力作为颗粒传输的动力，无需进行抽水活动可以减小修复行为对地下水的扰动。同时，磁体对铁的表面富集作用可以有效地避免纳米铁对生态环境和人类产生的不利影响。
[0006]一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法，包括如下步骤:
[0007]I)在地下水污染区域的下游边界间隔开挖至少一个宽度为D的沟形槽；
[0008]2)在地下水污染区域内水流方向沟形槽的上游打至少一口注入井，其与沟形槽距离为L ；
[0009]3)将磁体置入沟形槽中；
[0010]4)沟形槽内剩余的宽度为D-D1的区域为铁富集区，在该区域内安装一抽提泵；
[0011]5)将纳米铁悬浮液由注入泵通过注入井注入到地下水中；
[0012]6)纳米铁在磁力的作用下穿过地下水污染区域并与污染物发生作用达到地下水修复的目的，纳米铁反应后产生的铁的氧化物在铁富集区聚集；
[0013]7)当铁富集区中铁的浓度达到较高浓度后，开启抽提泵将其抽出。
[0014]在步骤I)中，所述的沟形槽的宽度D = DJD2，其中Dl为磁体的宽度；D2为铁富集区的览度；D2 = 0.8?1.2D”
[0015]在步骤2)中，所述的注入井处的磁场强度应不低于5mT，注入井的低端口应深入地下水位线0.5?lm，若需设置多口注入井，注入井的间距可为1.5?3m ;
[0016]在步骤3)中，所述的磁体厚度为D1、高度为H+Hi+H2、长度比沟形槽略小，其中H为污染层厚度A = 0.8?1.2H，H2 = 0.3?0.5H ;
[0017]在步骤4)中，所述的抽提泵的下管深度应介于2/3H+H2至!1+1/2?+?之间；
[0018]在步骤5)中，所述的纳米铁悬浮液的浓度为0.15?0.35mg/mL,注入速度为160?250ml/min,注入量应不超过1.5?18L/(井.次)，注入间隔时间为2?4h ;
[0019]在步骤7)中，所述的铁的浓度在0.05?0.lmg/mL范围内时可开启抽提泵将其抽出，抽水速度为80?100ml/min。
[0020]与现有技术相比，本发明的益处在于:
[0021]1.通过磁力的作用可以有效的促使纳米铁的扩散迁移，磁力是零价铁迁移的根本作用力。
[0022]2.无需进行抽水活动，不会加快地下水流速，有助于减小对地下水的扰动、避免污染团块的扩散。
[0023]3.磁体对铁的集聚作用可以有效地回收纳米铁，防止其对环境和人类产生不利的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明方法的结构示意图
[0025]上述图中:1-注入井；2_地下水流向；3_污染团块；4_纳米铁；5_地下水位线；6-铁富集区；7_磁体；8_基岩。
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例对本发明作进一步说明；
[0027]实施例1
[0028]本实施例为一受六价铬污染的4mX4m的地下水区域,其中，地下水埋深为1.8m,污染层厚度为4.5m,区域内污染物浓度为0.67mg/L,含水层介质为粉细砂。在此地下水污染区域下游边界开挖两个1.8mx0.6mxl0m(长x宽x高)的沟形槽，并在沟形槽内布设厚度为0.25米的磁体7，抽提泵的管下到6m处。在与沟形槽相距5.5m的上游区域内打2 口直径为0.3m,井深为2.5m的注入井I。将30L浓度为0.3mg/mL的纳米铁悬浮液以200mL/min的速度分3次注入到地下水中，注入时间间隔为2h.当铁富集区6内总铁的浓度为0.08mg/ml时开始抽水，小于0.05mg/ml是停止抽水，共抽出地下水100L。经过此次修复行为后区域内地下水六价铬浓度为0.09mg/L，说明该方法能够有效地去除地下水中的污染物，此外，该方法还回收了 60.1%的铁，有助于预防应修复行为而引起的二次污染。
【权利要求】
1.一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)在地下水污染区域的下游边界间隔开挖至少一个宽度为D的沟形槽； 2)在地下水污染区域内水流方向沟形槽的上游打至少一口注入井，其与沟形槽距离为L ； 3)将磁体置入沟形槽中； 4)沟形槽内剩余的宽度区域为铁富集区，在该区域内安装一抽提泵； 5)将纳米铁悬浮液由注入泵通过注入井注入到地下水中； 6)纳米铁在磁力的作用下穿过地下水污染区域并与污染物发生作用达到地下水修复的目的，纳米铁反应后产生的铁的氧化物在铁富集区聚集； 7)当铁富集区中铁的浓度达到较高浓度后，开启抽提泵将其抽出。
2.如权利要求1所述一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法，其特征在于，在步骤I)中，所述的沟形槽的宽度D = DJD2，其中Dl为磁体的宽度；D2为铁富集区的宽度；D2 = 0.8 ?1.2D10
3.如权利要求1所述一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法，其特征在于，在步骤2)中，所述的注入井处的磁场强度应不低于5mT，注入井的低端口应深入地下水位线0.5?lm，若需设置多口注入井，注入井的间距可为1.5?3m。
4.如权利要求1所述一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法，其特征在于，在步骤3)中，所述的磁体厚度为D1、高度为H+Hi+H2、长度比沟形槽略小，其中H为污染层厚度！H1 = 0.8 ?1.2H, H2 = 0.3 ?0.5H。
5.如权利要求1所述一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法，其特征在于，在步骤4)中，所述的抽提泵的下管深度应介于2/3H+H2至!1+1/2?+?之间。
6.如权利要求1所述一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法，其特征在于，在步骤5)中，所述的纳米铁悬浮液的浓度为0.15?0.35mg/mL，注入速度为160?250ml/min，注入量应不超过1.5?18L/(井.次)，注入间隔时间为2?4h。
7.如权利要求1所述一种基于磁场的受污染地下水的原位修复方法，其特征在于，在步骤7)中，所述的铁的浓度在0.05?0.lmg/mL范围内时可开启抽提泵将其抽出，抽水速度为 80 ?100ml/min。
【文档编号】C02F1/48GK104291400SQ201410593746
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】黄理辉, 周实际, 薛静, 刘铨, 刘高风, 金凤, 王嫚, 李刚 申请人:山东大学