CN101851026B - 一种生态安全型天然可渗透反应格栅介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生态安全型天然可渗透反应格栅介质及其制备方法，属于反应格栅反应介质及其制备方法。包括下列质量份数比的原料：火山渣：粒径0.1mm～5mm，5～15份；草炭土：粒径0.1mm～2mm，该草炭土经过热处理改性，即130±2℃温度下加热1至3小时，6～25份；凹凸棒石：粒径0.1mm～2mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即130±2℃温度下加热1至3小时，5～30份。本发明是一种高效、经济、生态安全性好的新型复配可渗透反应格栅填充介质，将在石油类污染地下水控制和修复过程中起到重要的作用。

Description

一种生态安全型天然可渗透反应格栅介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可渗透反应格栅天然复配反应介质及其制备方法，及其在石油类污染地下水修复中的应用。

背景技术

随着世界范围内石油工业的飞速发展，石油的开采、冶炼、运输和使用过程中的污染和遗漏事故，以及含油废水的排放、污水灌溉、各种石油制品的挥发、不完全燃烧物飘落等引起了一系列石油污染问题。据统计，每年全世界约有80万吨石油进入环境，污染土壤、地下水、河流和海洋，石油类污染已成为当今世界头号公害之一。

调查显示，在我国大部分石油化工区，石油类污染导致的地下水水质恶化问题突出，浅层地下水中石油含量严重偏高，对当地工农业生产和生态健康造成严重危害。例如，河南双河水源地和魏岗水源地，浅层地下水中石油类检出率分别达44％和64.3％；胜利炼油厂区地下水含油量从建厂至今不断增加并呈上升趋势，1997年炼油厂地下水中石油量平均达到了0.1～0.2mg/L，远超过了我国标准所规定的0.05mg/L浓度限值；储油罐、加油站漏油引发的污染事故时有发生。此外，我国城市地下水中，石化产品类污染物也广泛存在，如天津部分加油站附近的大部分地下水样品，总石油烃检出率高达85％，强致癌物多环芳烃的检出率为79％，部分样品中还检出苯、甲苯、二甲苯等毒性物。

地下水中石油类污染因其污染普遍、危害性巨大、去除困难以及治理费用昂贵而备受广泛关注。如何经济、快速、有效地去除地下水中石油类污染物成为各国环境学者研究的热点。自20世纪80年代国外开展地下水污染治理至今，地下水污染修复技术在大量的实践应用中得以不断改进和创新。可渗透反应格栅Permeable Reactive Barrier技术是近年来迅速发展的一种地下水污染原位修复技术，一般的，可渗透反应格栅反应器放在含水层石油类污染水体污染源的下游，一方面反应器起到物理屏障的作用，阻挡污染羽进一步扩大，一方面反应器内的活性介质与石油类污染物起到物理化学作用，使得流出的地下水达到水质标准。为此可渗透反应格栅技术具有能够持续原位处理、处理多种组分、节能经济等优势，具备可持续原位处理多种污染物，处理效果好，对环境扰动小，安装施工方便，成本低等优点，已成为地下水污染原位修复的主要发展方向。

在选取可渗透反应格栅反应介质时一般应考虑以下因素：1.可渗透反应格栅反应介质的选择要充分了解污染场地水文地质特征和污染特征；2.为使反应介质的渗透性能与污染场地的水文地质条件相匹配，介质的粒径要选取合适；3.反应介质的结构和安全特性。在反应介质和污染物反应时，不应发生有害化学反应或产生有毒副产物。4.反应介质在反应中应不易溶解或消耗，且较容易获取。以上因素成为影响可渗透反应格栅修复技术发展和推广的关键因素之一。

目前，国外已有利用可渗透反应格栅技术修复石油类污染地下水的成功工程实例，已报道的可渗透反应格栅反应介质有Fe⁰、活性炭、沸石、褐煤、泥炭土等。其中Fe⁰、活性炭、沸石、褐煤主要针对卤代烃等一些单一物质的去除效果显著，对总烃的研究报道未见，从石油类污染地下水修复的可渗透反应格栅修复过程中采用的反应介质来看，目前已报道的泥炭土价格较为低廉，但是在实际研究应用已报道的是在复配以沙石等一些对石油烃去除效果不显著的介质作为支撑材料填充入可渗透反应格栅反应器内，总体上看去除总烃的效果较好，如Guerin等利用隔水漏斗-导水门Funnel and Gate式可渗透反应格栅***，以泥炭作为可渗透反应格栅的反应介质，处理受苯、乙苯、二甲苯以及C₆-C₃₆的烷烃污染的地下水，可渗透反应格栅运行10个月后，单环芳烃的去除率为63-96％，对石油烃的平均去除率为72％。Turlough F.Guerin用泥炭做可渗透反应格栅反应介质处理溶剂油污染的地下水，对烷烃和芳烃的平均去除率达72％。目前中国还未有文献报道利用可渗透反应格栅技术原位修复石油类污染地下水的相关实验研究和工程实例，有关可渗透反应格栅反应介质的筛选实验也只是针对垃圾渗滤液、铬和硝酸盐等地下水污染问题。

从国内外的可渗透反应格栅的研究现状来看，对于石油类污染地下水总烃的去除效果有待于进一步的提高，而且研究工作者要寻找更加经济有效的材料，加大修复石油类污染地下水的的可渗透反应格栅的能力，降低修复工程的成本。

发明内容

本发明提供一种生态安全型天然可渗透反应格栅介质及其制备方法，以解决目前可渗透反应格栅存的对于石油类污染地下水总烃的去除效果差、修复石油类污染地下水的的可渗透反应格栅的能力低、修复工程的成本高的问题。本发明采取的技术方案是：包括下列质量份数比的原料：

火山渣：粒径0.1mm～5mm，5～15份；

草炭土：粒径0.1mm～2mm，该草炭土经过热处理改性，即130±2℃温度下加热1至3小时，6～25份；

凹凸棒石：粒径0.1mm～2mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即130±2℃温度下加热1至3小时，5～30份。

本发明的制备方法是：将三种原料按配方比例进行充分搅拌。

本专利中用于石油类污染地下水修复的可渗透反应格栅反应介质在筛选的基础上确定，主要成分分别为火山渣、草炭土、纤维状凹凸棒石。三种材料在自然界广泛分布，且安全可靠，价格低廉。三种材料目前应用状况如下：

火山渣是一种由火山喷发而形成的天然轻骨料，具有多孔、轻质、导热系数小，颗粒均匀等性质，实验采用火山渣分布在吉林省某地，约2亿立方米，适应大批量开采。目前主要用于建筑材料，特别由于其是轻体做为保温建材，前景非常可观。火山渣可以制做成如：混凝土承墙板、混凝土墙板、小型砌块、无熟料水泥等。目前关于火山渣应用于净化污染水体的方面的研究未见报道，也没有净化污染水体方面的专利出现。

草炭土，又称泥炭土。世界上开发应用草炭土比较早，比较充分的有香港、加拿大、德国、美国、日本、英国和其他一些欧洲国家。在这些国家草炭被广泛应用于农业、园艺、建筑、工业、医药等领域。国外关于以泥炭土和沙岩混合作为可渗透反应格栅填充介质去除甲苯二甲苯及部分正构烷烃的研究有报道，但是关于***研究草炭土应用于地下水石油类污染可渗透反应格栅修复技术相关问题的报道未见。

凹凸棒石，又称坡缕石或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。在石油、化工、建材、造纸、医药、农业等方面得到广泛应用。作为吸附剂主要用于脱色，而关于水体中石油类污染方面的净化研究未见报道和专利出现。

本发明的使用方法是：根据不同石油类污染场地污染物含量，将本发明加入，标准加入量以污染地下水污染质点在可渗透反应格栅内停留时间为30-60min为基准；考虑可渗透反应格栅反应器内介质的渗透性能，控制在所放置可渗透反应格栅上下游区域岩性渗透系数的2倍以上为宜。

本发明中，以含有硅酸盐类为主体的天然材料，在pH为6-9范围内的石油污染地下水中能够起到很好的修复作用。本发明中加入的草炭土含有丰富的微生物养分，协助起到降解总石油烃的作用，也使材料能够长期有效的应用。

本发明的有益效果是：本发明利用含硅酸盐类的天然材料，按一定比例和一定次序进行复配，可达到对石油类污染地下水的修复目的。其中，含硅酸盐类的天然材料涉及自然界广泛存在的火山渣、草炭土及凹凸棒石等，为该可渗透反应格栅活性介质的主要成分，因而使其具有最大的生态安全性能。另一方面，介质中的草炭土含有丰富的有机质，有利于人工富集培养的微生物大量繁殖，固定化到活性介质上，与活性介质协同作用，达到修复石油类污染地下水的目的。

石油类污染地下水经过装有本发明的可渗透反应格栅后，能够有效的使总烃浓度达标或去除，降低了以往国外在采用可渗透反应格栅修复石油类污染的下水的成本，同时无二次污染，提高了处理后水质的生态安全性。采用本发明还降低了根据不同实际场地、以往单一可渗透反应格栅活性介质材料的渗透性能可能与场地的岩性变化不适应的情况。本发明是一种高效、经济、生态安全性好的新型复配可渗透反应格栅填充介质，将在石油类污染地下水控制和修复过程中起到重要的作用。

具体实施方式

对比实验：

在选取相同质量的页岩陶粒、活性炭、草炭土、泥岩陶粒、火山渣、高岭土、凹凸棒石、细纱、白砂和聚乙烯醇等10余种材料进行可渗透反应格栅反应介质的筛选研究。结果表明，在石油类污染地下水浓度在30.16mg/L时，草炭土、凹凸棒石和火山渣三种材料对石油污染地下水的净化效果最佳，去除率分别为88.6％、80.2％和78.3％。其它材料去除效果在40％以下，其中沙石类效果最差，不足10％。

进一步的对三种材料进行热处理改性，结果发现改性后的火山渣处理效果与预处理前基本一致，但草炭土和纤维状凹凸棒石经过热处理后净化性能有所提高，火山渣处理效果84.5％，草炭土效果83.1％，纤维状凹凸棒石效果89.34％，三种材料只有火山渣可以单独应用，其它两种材料只能复配以PRB内部调节渗透性能的介质才可以应用，考虑到能否进一步提高反应介质的净化效果，进一步采用三种材料进行复配，即火山渣既起到支撑体调节渗透性能的作用，同时也与其它两种反应介质同时起到净化石油类污染地下水的作用，三种材料复配后净化石油类污染地下水的效果能够达到90％——100％之间，大大的提高了PRB的作用能力。

实施例1

火山渣：粒径0.1mm～1mm，10份；

草炭土：粒径0.1mm～0.6mm，该草炭土经过热处理改性，即130℃温度下加热1小时，20份；

凹凸棒石：粒径0.1mm～0.6mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即130℃温度下加热2小时，30份。

在10℃时，作用时间为0.5h。净化总石油烃效果90％以上。

实施例2

火山渣：粒径1mm～3mm，15份；

草炭土：粒径0.6mm～1.2mm，该草炭土经过热处理改性，即128℃温度下加热3小时，6份；

凹凸棒石：粒径0.6mm～1.2mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即128℃温度下加热2小时，9份。

在10℃时，作用时间为0.5h。总石油烃效果90％以上。

实施例3

火山渣：粒径3mm～5mm，15份；

草炭土：粒径1.2mm～2mm，该草炭土经过热处理改性，即130±2℃温度下加热1至3小时，3份；

凹凸棒石：粒径1.2mm～2mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即130±2℃温度下加热1至3小时，6份。

作用时间为0.5h。总石油烃效果效果90％以上。

实施例4

火山渣：粒径0.1mm，12份；

草炭土：粒径0.1mm，该草炭土经过热处理改性，即132℃温度下加热1小时，9份；

凹凸棒石：粒径0.1mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即132℃温度下加热1小时，9份。

在10℃时，作用时间为0.5h。总石油烃效果90％以上。

实施例5

火山渣：粒径2.5mm，12份；

草炭土：粒径1mm，该草炭土经过热处理改性，即130℃温度下加热1小时，6份；

凹凸棒石：粒径1mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即130℃温度下加热1小时，12份。

在10℃时，作用时间为0.5h。总石油烃效果90％以上。

实施例6

火山渣：粒径5mm，5份；

草炭土：粒径2mm，该草炭土经过热处理改性，即128℃温度下加热2小时，20份；

凹凸棒石：粒径2mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即128℃温度下加热2小时，5份。

在10℃时，作用时间为0.5h。总石油烃效果90％以上。

实施例7

火山渣：粒径0.1mm～5mm，10份；

草炭土：粒径0.1mm～2mm，该草炭土经过热处理改性，即132℃温度下加热3小时，15份；

凹凸棒石：粒径0.1mm～2mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即132℃温度下加热3小时，5份。

在10℃时，作用时间为0.5h。总石油烃效果90％以上。

Claims (1)

1.一种生态安全型天然可渗透反应格栅介质，其特征在于：

由下列质量份数比的原料组成：

火山渣：粒径0.1mm～5mm，5～15份；

草炭土：粒径0.1mm～2mm，该草炭土经过热处理改性，即130±2℃温度下加热1至3小时，6～25份；

凹凸棒石：粒径0.1mm～2mm，该凹凸棒石经过热处理改性，即130±2℃温度下加热1至3小时，5～30份。