一种同时去除地下水中六价铀和硫酸盐的渗透反应墙工艺与应用

本发明涉及环境工程，尤其涉及一种同时去除地下水中六价铀和硫酸盐的渗透反应墙工艺与应用。

背景技术：

1、渗透反应墙(permeablereactive barrier，prb)是一种典型的地下水低扰动原位还原修复及风险管控技术，prb具有成本低，可处理甚至同时处理多种污染物，不影响地表土地使用，避免因抽出地下水而引起的地下水大量损失等优点。因此，prb技术被认为是最有潜力的地下水修复及风险管控技术之一。目前用于prb反应介质的种类很多，比如零价铁(zerovalentiron，zvi)、活性炭、沸石、泥炭块、木屑、释氧化合物等，其中以zvi最为常见的。zvi作为其中一种常见的prb活性反应材料，得到了国内外的广泛关注。然而，zvi的实际应用过程还存在一些问题零价铁是渗透反应墙工艺中采用最广泛的反应介质。研究已经表明：以零价铁为反应介质的渗透反应墙工艺能有效去除地下水中的卤代烃和重金属，但零价铁在使用过程中由于表面形成的铁氧化物会使零价铁钝化，随着反应的进行最终会失去反应活性，如何减缓零价铁钝化而导致的活性降低或失活，是以零价铁为反应介质材料的渗透反应墙技术能否有效应用的关键。

2、此外，prb技术用于铀尾矿库区域地下水修复时，由于铀矿中残留的铀会在降雨淋滤作用下以渗滤水的形式在尾矿堆场下游末端渗出，污染地表水和地下水。酸法地浸采铀过程中使用硫酸作为铀的溶浸剂，致使地下水中硫酸盐含量超标。因此，在尾矿库区域地下水中存在铀和硫酸根同时超标的问题。以zvi作为可渗透反应墙的反应介质在铀和硫酸根同时超标的地下水修复应用中，零价铁可以还原硫酸根离子，但在实际水体中受地下水组分的影响，其去除硫酸根离子的能力较弱。而且，当水中同时存在铀和硫酸根离子时，两者会发生竞争反应，导致铀和硫酸根离子的去除均达不到理想水平。

3、目前尚未有效的同时去除六价铀和硫酸根离子的地下水修复方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种可同时去除地下水中六价铀和硫酸盐的渗透反应墙工艺与应用，该渗透反应墙工艺对水质中其它组分具有较强的抗干扰性，在高硫酸盐含铀水体的治理方面具有良好的应用前景。

2、具体
技术实现要素：
如下：

3、第一方面，本发明提供一种同时去除地下水中六价铀和硫酸盐的渗透反应墙工艺，所述渗透反应墙工艺由沿水流方向依次设置的第一处理单元和第二处理单元组成；

4、所述第一处理单元内填充有第一反应介质，包括：零价铁、硫改性椰壳炭和硫酸盐还原菌；其中，所述零价铁和改性椰壳炭的体积比为0.1-2；所述硫酸盐还原菌在所述第一反应介质中的接种量为0.01-0.1wt.‰；

5、所述第二处理单元内填充有第二反应介质，包括：零价铁、四氧化三铁、硫改性椰壳炭以及普里斯特氏菌；其中，所述零价铁、四氧化三铁和硫改性椰壳炭的体积比为1：1：1，所述普里斯特氏菌在所述第二反应介质中的接种量为0.01-0.1wt.‰，所述普里斯特氏菌的分类命名为priestia sp.，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期：2022年9月22日保藏编号为cgmcc no.25638。

6、可选地，所述硫酸盐还原菌来自待修复区域的土著硫酸盐还原菌。

7、可选地，所述硫酸盐还原菌在所述第一反应介质中的接种量为0.05wt.‰。

8、可选地，所述普里斯特氏菌在所述第二反应介质中的接种量为0.05wt.‰。

9、可选地，所述硫改性椰壳炭的粒度为60-100目；

10、所述零价铁的粒度为60-100目；

11、所述四氧化三铁粒度为100-200目。

12、可选地，所述硫酸盐还原菌经扩大培养并制成硫酸盐还原菌剂后，用于所述第一处理单元的构建，所述扩大培养并制成硫酸盐还原菌剂包括：将所述硫酸盐还原菌加入到含有lb培养基和微量元素的溶液中，在15～35℃范围内厌氧或兼氧条件下培养24h，然后对所述扩大培养获得的溶液进行8000-10000rpm离心10min，并过滤，得到所述硫酸盐还原菌剂。

13、可选地，所述普里斯特氏菌经扩大培养并制成普里斯特氏菌剂后，用于所述第二处理单元的构建，所述扩大培养并制成普里斯特氏菌剂包括：将所述普里斯特氏菌加入到含有lb培养基和微量元素的溶液中，在15～35℃范围内培养24h，然后对所述扩大培养获得的溶液进行8000-10000rpm离心10min，并过滤，得到所述普里斯特氏菌剂。

14、可选地，所述微量元素的化学组分为：fecl2·4h2o 1.5g/l，cocl2·6h2o0.19g/l，mnso4 7h2o 0.1g/l，zncl2 0.07g/l，nicl2·4h2o 0.024g/l，na2moo4·2h2o 0.024g/l，mncl2·4h2o 0.006g/l，cucl2·2h2o 0.002g/l。

15、第二方面，本发明提供一种上述第一方面所述的渗透反应墙工艺在地下水修复工程中的应用，所述渗透反应墙工艺用于同时去除地下水中硫酸盐以及六价铀。

16、可选地，所述渗透反应墙工艺在15～35℃下，对地下水中硫酸盐的去除率大于等于90％；

17、所述渗透反应墙工艺在15～35℃下，对地下水中六价铀的去除率大于等于90％。

18、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

19、本发明提供了一种同时去除地下水中六价铀和硫酸盐的渗透反应墙工艺，渗透反应墙工艺由沿水流方向依次设置的第一处理单元和第二处理单元组成；第一处理单元内填充有第一反应介质，包括：零价铁、硫改性椰壳炭和硫酸盐还原菌；第二处理单元内填充有第二反应介质，包括：零价铁、四氧化三铁、硫改性椰壳炭以及普里斯特氏菌；普里斯特氏菌的分类命名为priestia sp.，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期：2022年9月22日保藏编号为cgmcc no.25638，普里斯特氏菌(priestia sp.)是一种非致病性和绿色无毒的菌种，可以同时通过吸附和还原去除水体中的铀。本发明提供的渗透反应墙工艺在用于地下水修复工程，待修复地下水流经第一处理单元时，第一反应介质中的零价铁首先会消耗水中的溶解氧，这为硫酸盐还原菌创造了厌氧条件，使其充分发挥硫酸盐还原菌去除硫酸根的性能。同时，由于水中溶解氧的消耗，在其流经第二处理单元时，可有效减缓溶解氧对第二反应介质中零价铁的氧化，使得第二反应介质中的零价铁与待修复地下中的u(vi)(六价铀)发生还原反应后形成fe(ii)u(vi)转化为固体或沉淀形式的u(iv)(四价铀)，新形成的fe(ii)可继续与待修复地下中的u(vi)反应，形成fe(iii)。fe(iii)进一步与零价铁反应产生fe(ii)，实现fe(iii)向fe(ii)的转化；上述一系列反应过程中，四氧化三铁作为电子穿梭体，促进生物炭、零价铁和普里斯特氏菌之间的电子传递，进而促进fe(iii)还原为fe(ii)，增强第二反应介质整体的除铀性能。

20、此外，硫改性椰壳炭在为微生物提供载体的同时，提高微生物对地下水中其它物质的抗干扰能力，部分椰壳炭还可为微生物提供碳源，进而增强微生物的活性。进一步地，硫的改性改变了椰壳炭表面的电荷分布，创造了富电子区域，这一方面可以直接提升椰壳炭吸附还原u(vi)的能力，另一方面，还可以促进fe(iii)向fe(ii)的转化。进一步地，硫的改性还可增加椰壳炭表面的孔数量，从而增加椰壳炭表面负载的微生物数量，进而增强了持续去除铀的能力；本发明提供的渗透反应墙工艺对水体中其它物质的抗干扰能力较强，在被用于同时去除地下水体中硫酸盐和六价铀时，地下水中硫酸盐和铀的去除率均大于等于90％。