一种用于渗透式反应墙的活性填料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及环境治理领域，具体涉及一种用于渗透式反应墙的活性填料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、微塑料(mps)作为一种新型环境污染物，难以降解，且对污染物有较强的荷载作用并可被动植物摄取，严重威胁生态环境和人类健康，这些难降解的微塑料对土壤及地下水污染的治理受到越来越多的关注。现有的塑料废物处理途径主要是填埋和焚烧。但填埋会占据土地、产生渗漏液及污染地下水；焚烧会产生大量的有毒气体，包括一氧化碳、氯化氢、二氧化硫、二噁英等。因此，大量未被合理处理的塑料进入自然环境中，给环境生态和人类健康构成很大的威胁。

2、近些年，渗透式反应墙(prb)技术因具备持续原位去除多种污染物(如重金属、有机物等)、安装施工方便、性价比高等优点，成为地下水原位修复技术的研究热点。渗透式反应墙技术是通过在污染场地的地下安装填有活性填料的墙体，形成一个被动反应区域，拦截或者去除地下水中污染物。而填料作为渗透式反应墙的核心，它的选择对系统运营起到关键作用。

3、现有技术通常采用生物炭作为渗透式反应墙的填料，对微塑料吸附，但吸附效果不佳且无法对吸附的微塑料进行降解，同时随着渗透式反应墙的运行时间不断增长，以生物炭为填料的渗透式反应墙对微塑料的截留治理能力会大大下降，最终失效。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的渗透式反应墙中的活性填料吸附效果不佳，无法降解微塑料的缺陷，从而提供一种用于渗透式反应墙的活性填料及其制备方法与应用，该活性填料不仅能强化对微塑料的吸附作用，还能高效降解微塑料，更重要的是能够再生，实现活性填料的循环利用。

2、一方面，本发明提供一种用于渗透式反应墙的活性填料，所述活性填料的制备原料包括生物炭20-30重量份、水滑石2-3重量份、生物质碳源6-8重量份，微生物菌悬液3-5体积份，所述重量份和体积份关系为g/ml。

3、可选的，所述生物炭22-25份。优选的，所述生物炭25份、水滑石2份、微生物3份，生物质碳源5份。

4、可选的，所述微生物为厌氧微生物。

5、优选的，所述微生物为居海胆杆菌(echinicola sp.)、假单胞菌licme200610wgh-6(pseudomonassp.)、铜绿假单胞菌ps-01中的至少一种。

6、所述生物质碳源为秸秆、木屑或林业废弃物中的至少一种。

7、可选的，所述水滑石的二价金属阳离子为mg2+、zn2+或cu2+中的至少一种。

8、可选的，三价金属阳离子为al3+、fe3+中的至少一种。

9、另一方面，本发明提供一种用于渗透式反应墙的活性填料的制备方法，包括如下步骤，s1，采用浸泡吸附法将微生物负载于第一复合材料上，制得第二复合材料，其中，所述第一复合材料包括生物炭与水滑石；s2，将第二复合材料与生物质碳源混合，得到活性填料。

10、步骤s2中所述第二复合材料与所述生物质碳源的质量比为10-15：3-4。

11、所述第二复合材料与所述生物质碳源混合的转速为100-180rpm。

12、步骤s1包括如下步骤，将对数期的微生物菌悬液和所述第一复合材料，投入培养基中进行振荡培养，离心，干燥，制得所述第二复合材料。

13、所述第一复合材料的制备方法包括如下步骤，采用球磨法将生物炭、水滑石球磨得到第一复合材料。

14、可选的，所述第一复合材料与所述微生物菌悬液的质量体积比为22-33:3-5g/ml。

15、可选的，所述微生物菌悬液的浓度为9.0×108-1.0×109cfu/ml。

16、可选的，振荡培养的温度为25-30℃，转速100-150rpm，振荡时间8-14h。离心转速为4000-5000rpm，离心时间10-15min。

17、可选的，所述生物炭与水滑石的质量比为20-30:2-3。第一复合材料的粒径为0.1-2μm。

18、球磨转速400-600rpm，时间20-60min。

19、所述生物炭的制备方法包括如下步骤，将生物质碳源在氮气气氛中热解；可选的，所述热解的温度为500-600℃，热解时间2-4h。

20、本发明的另一目的是提供一种包含所述活性填料的渗透式反应墙，具有截留-吸附-降解-再生的功能。

21、本发明技术方案，具有如下优点：

22、1.本发明提供的用于渗透式反应墙的活性填料，主要成分包括，具有吸附功能的生物炭和水滑石、降解微塑料的微生物以及为微生物生长提供碳源的生物质碳源。通过水滑石和生物炭的复合形成具有吸附功能的载体将微塑料吸附在载体材料中，利用生物质碳源提供的营养物质繁殖的微生物对吸附于载体上的微塑料进行降解，从而使得本发明的活性填料不仅能强化对微塑料的吸附作用，还能高效降解微塑料，更重要的是能够再生，实现活性填料的循环利用。

23、2.本发明提供的用于渗透式反应墙的活性填料的制备方法，通过采用浸泡吸附法将处于对数期的微生物负载于第一复合材料上，制得第二复合材料，将第二复合材料与生物质碳源混合，得到活性填料，其中，所述第一复合材料为生物炭与水滑石复合而成。本发明通过水滑石对生物炭进行改性，增加生物炭比表面积、微孔和含氧官能团的数量，利用改性生物炭上的金属阳离子强化活性填料的吸附作用，形成的第一复合材料能够有效的截留污染物，将污染物进行富集吸附固定，同时采用浸泡吸附法能够稳定的将具有降解功能的微生物负载于第一复合材料上，利用第一复合材料的吸附作用、微生物的降解功能实现对微塑料的富集降解，同时将第二复合材料与生物质碳源混合，利用生物质碳源为微生物的繁殖提供营养，本发明利用第一复合材料、微生物和生物质碳源形成截留、吸附、降解、再生的循环式活性填料。

24、3.本发明提供的用于渗透式反应墙的活性填料的制备方法，采用球磨法利用机械作用力将水滑石负载于生物炭上，对生物炭进行改性的同时减小了改性材料的粒径，增大了改性后的生物炭的比表面积，同时改性后的生物炭负载的阳离子可以加强对表面带负电的微塑料吸附。

25、本发明为避免造成环境中尤其是土壤和水环境中的重金属污染，限定了水滑石的二价金属阳离子为mg2+、zn2+或cu2+中的至少一种，三价金属阳离子为al3+、fe3+中的至少一种。

26、4.本发明提供的活性填料能够应用于渗透式反应墙中，并对土壤或地下水中的微塑料进行降解，本发明将微生物稳定的负载于比表面积大、微孔和含氧官能团多的第一复合材料上，利用生物质碳源提供的碳源，实现微生物的增量和稳定生长，保证了活性填料在渗透式反应墙内的活性，对渗透式反应墙截留的微塑料进行富集及降解。

技术特征：

1.一种用于渗透式反应墙的活性填料，其特征在于，所述活性填料的制备原料包括生物炭20-30重量份、水滑石2-3重量份、生物质碳源6-8重量份，微生物菌悬液3-5体积份，所述重量份和体积份关系为g/ml。

2.根据权利要求1所述的活性填料，其特征在于，所述生物炭22-25份；和/或，

3.根据权利要求2所述的活性填料，其特征在于，所述生物炭25份、水滑石2份、微生物3份，生物质碳源5份；

4.一种用于渗透式反应墙的活性填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述第二复合材料与所述生物质碳源的质量比为10-15：3-4；和/或，

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s1包括如下步骤，将对数期的微生物菌悬液和所述第一复合材料，投入培养基中进行振荡培养，离心，干燥，制得所述第二复合材料；和/或，

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一复合材料与所述微生物菌悬液的质量体积比为22-33:3-5g/ml；和/或，

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭与水滑石的质量比为20-30:2-3；和/或，

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭的制备方法包括如下步骤，将生物质碳源在氮气气氛中热解；

10.一种渗透式反应墙，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的活性填料或权利要求4-9任一项所述的制备方法制得的活性填料。

技术总结
本发明涉及环境治理领域，具体涉及一种用于渗透式反应墙的活性填料及其制备方法与应用。一种用于渗透式反应墙的活性填料，所述活性填料的制备原料包括生物炭20‑30重量份、水滑石2‑3重量份、生物质碳源6‑8重量份，微生物菌悬液3‑5体积份，所述重量份和体积份关系为g/mL。本发明通过水滑石对生物炭进行改性，增加生物炭比表面积、微孔和含氧官能团的数量，强化活性填料的吸附作用，形成的第一复合材料能够有效的将污染物进行吸附固定，同时采用浸泡吸附法能够稳定的将具有降解功能的微生物负载于第一复合材料上，利用第一复合材料的吸附作用、微生物的降解功能实现污染物的处理。

技术研发人员：张冉,郭丽莉,熊静,刘亚茹,李嘉晨,李博,薛晋美,韩亚萌
受保护的技术使用者：北京建工环境修复股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16