一种渗透反应砖原位修复重金属污染水体方法及应用与流程

本发明属于环境工程技术领域，涉及重金属污染水体的原位净化方法，更具体地说是一种渗透反应砖原位修复重金属污染水体方法及应用。

背景技术：

随着城市化进程和工农业生产，大量未加处理的含有重金属的废水、废渣和废气排放进入农田环境，致使大量农田土壤遭受不同程度的污染。农田土壤重金属污染是指具有生物毒性的汞、铬、镉、铅、铜、镍、锑、铊、锌等以及类金属砷，进入农田土壤后，这些元素如果长期超量存在，不仅对土壤微生物数量、种群结构、土壤酶活性有负面影响，导致土壤肥力下降，而且干扰作物的正常新陈代谢过程，引起农作物产量、品质下降，最终经食物链在人体内累积，危害人类的健康甚至生命。

重金属在农田土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，并且农田中的重金属将随着雨水及农田灌溉水流失到河流中，将造成大面积的流域重金属污染。目前重金属污染农田土壤的修复技术主要包括热解吸法、客土法、稳定/固定化技术、水洗法、微生物法、植物修复法等。这些方法要么存在效率低、要么成本高或修复周期长等缺点，另外，大多数情况下会造成土壤原有的生物环境改变。可渗透性反应墙（permeable reactive barrier）是目前欧美发达国家普遍研究，得到很好的发展并已开始初步商业化应用的一项污染水体修复技术。美国环保署（USEPA）1998年发行的《污染物修复的PRB技术》手册将PRB定义为：在地下安置活性材料墙体以便拦截污染羽状体，使污染羽状体通过反应介质后，其污染物能转化为环境接受的另一种形式，从而实现使污染物溶度达到环境标准的目标。该技术将反应材料垂直于地下水中污染羽状体的流动方向放置，当这种羽状体流经反应墙时，与反应材料发生物理、化学及生物等作用而被降解、吸附、 沉淀或去除，使污染羽状体得到处理，可渗透反应墙技术早期主要被用于污染地下水的修复，未来将这一技术应用于地表污染水体的修复还有待进一步研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种渗透反应砖原位修复重金属污染水体方法及装置。它可以有效地去除水体中的重金属，为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种原位修复重金属污染水体的渗透反应砖，其特征在于它是由面层1、中间反应层2和底层3组成；所述的面层和底层均是由粗铁尾矿砂、硅酸盐水泥、粗钢渣、碎石和水混合而成，中间反应层由铁碳微电解陶粒、硅酸盐水泥混合而成。所述的面层和底层均是由下述成分组成：

15-40份粗铁尾矿砂粒径 0.2-0.6 毫米 5-10份硅酸盐水泥

20-30份粗钢渣粒径0.2-0.4 毫米 10-30份碎石粒径1.0-5.0毫米；

所述的中间反应层是由粒径3.0-12.0毫米的80-90份铁碳微电解陶粒和10-20份硅酸盐水泥组成。

所述渗透反应砖采用免烧砖机加压振动成型，经过养护后制成具有抗压强度高，渗水性好，可以有效去除污染水体中的汞、砷、铬、镉、铅和铊等重金属的反应砖。

本发明所述的反应砖的面层、中间反应层和底层尺寸一致，由免烧砖机加压振动制成。反应砖面层和底层所用的材料均是由粗铁尾矿砂、硅酸盐水泥、粗钢渣、碎石和水混合而成。中间反应层由铁碳微电解陶粒、硅酸盐水泥混合而成。

本发明进一步公开了原位修复重金属污染水体的渗透反应砖的使用方法，其特征在于，实施时将渗透反应砖垒砌为受污染水体周边的护岸或者将反应墙体直接设置在污染水体中，系统将发挥较强的去除污染物的能力，经监测系统对水体中汞去除率为85～95%，砷去除率为80-90%，铬去除率为80-95%，镉去除率为85-90%，铅去除率为85-95%，铊去除率为70-85%。

本发明更进一步公开了原位修复重金属污染水体的渗透反应砖在用于重金属污染农田退水、尾矿坝泄洪水、尾矿渣堆场排水重金属污染水体的治理与生态恢复方面的应用。实验结果显示：采用本发明制备的原位修复重金属污染水体的渗透反应砖可以有效地去除水体中的汞、砷、铬、镉、铅和铊等污染物。

本发明进一步公开了渗透反应砖的使用方法，其特征在于，实施时将渗透反应砖垒砌作为重金属污染农田、尾矿坝、湖泊和河流等的护岸，其中当污染水体渗过反应砖墙时，反应层中的铁碳微电解陶粒将有效去除污水中的重金属，保证出水中的重金属浓度达标。监测结果表明：该系统对水体中汞去除率为85～95%，砷去除率维持在80-90%，铬去除率为80-95%，镉去除率为85-90%，铅去除率为85-95%，铊去除率为70-85%。

本发明公开的原位修复重金属污染水体的渗透反应砖的有益效果在于：

（1）本发明的渗透反应砖原位修复重金属污染水体方法及装置，能经济、有效地去除农田径流中重金属，也可以作为应急装置应用于尾矿坝泄洪水净化、尾矿渣护坡等工程中，控制水体中重金属流失，防止大面积的重金属面源污染。

（2）采用本发明原位修复重金属污染水体的系统装置，可以直接应用于重金属污染河道或者湖泊，通过在水体中砌筑渗透反应砖构建的墙体，当水体流过反应砖墙体时，可以有效净化水体中的重金属，该系统的应用改善了河、湖水体水质、保障区域水利安全、营造出了人与自然和谐的水环境。

附图说明

图1为本发明的一种渗透反应砖原位修复重金属污染水体的装置示意图；

图中标号： 1为面层，2为中间反应层，3为底层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明一种渗透反应砖原位修复重金属污染水体方法及装置。本发明所用到的试剂、原料例如粗铁尾矿砂、硅酸盐水泥、粗钢渣等均有市售。

实施例1

原位修复重金属污染水体的渗透反应砖由面层、中间反应层和底层组成。所述的面层和底层均是由35份粗铁尾矿砂、5份硅酸盐水泥、30份粗钢渣、30份碎石组成，所述的中间反应层是由90份铁碳微电解陶粒和10份硅酸盐水泥组成，将上述配比好的物料，采用振动型制砖机加压振动成型，规格为240×115×90毫米，经过养护后制成具有抗压强度高、渗水性好反应砖。

实施时将渗透反应砖作为汞污染农田的护岸，农田中汞污染水体渗过反应砖砌筑而成的护岸时，将与反应砖中间的铁碳微电解陶粒发生吸附和离子交换反应，有效降低水体中汞浓度，去除率达85%以上。

实施例2

原位修复重金属污染水体的渗透反应砖，其特征在于它是由面层、中间反应层和底层组成；所述的面层和底层均是由粗铁尾矿砂、硅酸盐水泥、粗钢渣、碎石和水混合而成，中间反应层由铁碳微电解陶粒、硅酸盐水泥混合而成。所述的面层和底层均是由下述成分组成：

40份粗铁尾矿砂粒径 0.2毫米 10份硅酸盐水泥

30份粗钢渣粒径0.4 毫米 20份碎石粒径1.0毫米；

中间反应层是由粒径3.0毫米的85份铁碳微电解陶粒和15份硅酸盐水泥组成。

实施例3

原位修复重金属污染水体的渗透反应砖，其特征在于它是由面层、中间反应层和底层组成；所述的面层和底层均是由粗铁尾矿砂、硅酸盐水泥、粗钢渣、碎石和水混合而成，中间反应层由铁碳微电解陶粒、硅酸盐水泥混合而成。所述的面层和底层均是由下述成分组成：

30份粗铁尾矿砂粒径 0.6 毫米 10份硅酸盐水泥

30份粗钢渣粒径0.4 毫米 30份碎石粒径5.0毫米；

中间反应层是由粒径12.0毫米的90份铁碳微电解陶粒和10份硅酸盐水泥组成。

实施例4

在天津某铬污染沟渠末端，通过构建渗透反应砖墙，对该系统进出水进行监测，结果表明该系统对水体中Cr（Ⅵ）去除率为90%，机理为氧化还原和共沉淀反应，产物主要为Fe(OH) ₃、Cr(OH)₃，说明该系统能够快速有效地去除污染水体中的Cr（Ⅵ），有效地防止铬污染水体造成面源污染。

实施例5

在贵州某铅尾矿污染溪流中，通过分段构建渗透反应砖墙，对溪流上下游水体铅浓度进行监测，结果表明该系统对水体中铅去除率为90%，去除机理为氧化还原和混凝吸附，产物为Pb(0)，Pb(OH)₂，采用铁碳微电解陶粒反应砖，可以有效地防止水体流域铅污染。

实施例6

在贵州某砷矿渣堆场外围构建渗透反应砖装置，对矿渣堆场内外水体进行监测，结果表明该系统对水体中砷去除率为85%，采用铁碳微电解陶粒反应砖装置，可以有效地防止净化矿渣中流出的水体中砷，防止渣场砷对外部环境的影响。

综上所述，本发明的内容并不局限在的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。