CN105293683A - 一种用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法和应用方法,属于地下水修复技术领域。复合材料包括内核、填充层和外壳,所述内核的组成材料为生物炭球状颗粒物,填充层包括:释氧剂15.09%~15.85%,释碳原料30.19%~31.7%,塑性粘结原料15.09%~15.85%,高渗透性原料6.29%~6.6%,余量为粘合剂;外壳包括:塑性粘结原料53.57%~55.37%,高渗透性原料6.43%~6.64%,余量为粘合剂。其制备操作简便、成本低、重复性好且其具有缓慢释放氧源、碳源的效果,环保无污染、绕流少,对地下水中有机污染物的去除具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及污染地下水修复技术,更具体地说,涉及一种用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法和应用方法。
背景技术
地下水是人类赖以生存的饮用水源,但在人类工业化、城市化进程中,各种有机废水的排放、居民生活污水的下渗、地下输油管道的破裂、以及农业生产过程中农药和化肥的大量使用,都导致了地下水严重的有机污染。国土资源部启动全国地下水污染调查与评价结果表明,珠江三角洲、长江三角洲、淮河流域平原区、华北平原等区域地下水有机污染明显,且地下水有机污染主要为半挥发性有机污染。
有机污染对人类有较大的危害,特别是进入饮用水水体中的有机物绝大部分对人体有急性或慢性、直接或间接地致病作用,改变细胞的DNA结构,对人体组织产生致癌变、致畸变和突变的作用。在众多有机污染物中,多环芳烃(PAHs)是环境中普遍存在的一类持久性污染物,它具有“三致”作用,对人类健康和生态环境造成了巨大的危害,多环芳烃污染修复已成为当前国内外环境科学界的共同话题和主攻热点,利用微生物在好氧条件下降解多环芳烃是目前控制多环芳烃污染的主要途径。
目前,国内外常用的地下水修复方法根据修复方式可分为异位修复和原位修复技术。异位修复主要包括被动收集和抽出处理,运行时间要几年甚至几十年,费用很大,同时对非水相液体的去除效果甚微。相较于异位修复技术,原位修复可渗透性反应墙(PRB)技术无需外加动力,运行费用低,且反应介质消耗慢,有几年甚至几十年处理潜力,除了需长期监测外,几乎不需运行费用,因此更加经济可行。
中国专利号ZL201110423562.3,发明创造名称为:用于污染地下水生物修复的碳源缓释材料及其制备方法,包括内核、包覆所述内核的外壳;所述内核组成材料为占内核质量百分比为40~86%的释碳原料、1~25%的营养原料、5~45%的塑性粘结原料、5~20%的高渗透性原料,余量为水;所述外壳组成材料为占外壳质量百分比为10~40%的释碳原料、1~10%的营养原料、20~80%塑性粘结原料、0~40%的高渗透性原料,余量为水。中国专利号ZL201410041339.6,发明创造名称为:用于污染地下水生物化学联合修复的复合功能材料及其制备方法,包括内核、材料填充层和外壳;所述内核的组成材料为木块,材料填充层包括:释碳原料20%~50%,塑性粘结原料25%~42.8%,还原铁粉3.3%~8%,余量为天然粘合剂;外壳包括:塑性粘结原料26.6%~60%,高渗透性原料12%~40%,余量为天然粘合剂。上述两种发明材料仅添加了碳源或还原铁粉,其材料具有一定机械强度和均匀球度的要求,克服了常规碳源补充中流失快的缺点,然而地下水中多环芳烃等有机污染物在好氧的条件下,利用微生物通过双加氧酶、单加氧酶过程才易于彻底降解,前两种发明中的材料只加入碳源或铁粉,不能够释放氧源,营造好氧环境,而且加入还原铁粉还在地下水中营造了一种极强的厌氧环境,达不到彻底降解目标污染物的目的。
发明内容
.发明要解决的技术问题
本发明针对地下水中多环芳烃等有机污染物现有的修复方法易造成碳源释放不易控制、地下水中供氧不足等问题,提供了一种用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料及其制备方法和应用方法,所述PRB(可渗透性反应墙)复合材料采用可持久稳定释放碳源的生物炭和能够使地下水环境保持一定好氧环境的过氧化钙以及各种无机粘结、高渗透性原料复合配方,均匀球形造粒,操作简便,重复性好且环保无污染、水阻系数小、生物相容性好、无绕流,可高效、快速地去除多环芳烃等目标污染物。
.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
一种用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,包括内核、填充层和外壳;所述内核的组成材料为生物炭球状颗粒物;填充层包括由如下占填充层质量百分比的组分:释氧剂15.09%~15.85%,释碳原料30.19%~31.7%,塑性粘结原料凹凸棒土15.09%~15.85%,高渗透性原料6.29%~6.6%,余量为粘合剂;外壳包括由如下占外壳质量百分比的组分:塑性粘结原料凹凸棒土和水泥53.57%~55.37%,高渗透性原料6.43%~6.64%,余量为粘合剂。释氧剂为过氧化钙,填充层内释碳原料为生物炭;高渗透性原料为硅藻土,所述粘合剂为海藻酸钠,所述内核的生物炭为椰壳生物炭或桃核生物炭。
用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料的制备方法,其步骤为:
(1)80-100目释氧剂备用;
(2)80~100目释碳原料备用;
(3)80~100目塑性粘结原料备用;
(4)80~100目高渗透性原料备用;
(5)将粘合剂海藻酸钠和水按质量比1:80配制粘合液,将海藻酸钠粉末均匀、薄层撒入水中,并不断快速搅拌,使海藻酸钠完全均匀溶于水中成粘稠状,配成粘合液备用;
(6)将生物炭在糖衣机中滚动制成内核,自然风干2~3天;
(7)将步骤6中制备的内核浸泡在步骤5制备好的粘合液中10~20min后备用;
(8)将备用的释氧剂、释碳原料、高渗透性原料和塑性粘结原料按所述质量百分比混匀制成混合材料,将所述混合材料撒入造粒机中,并投入步骤7浸泡后的内核,开启造粒机滚动,不断添加混合材料,并喷入粘合剂,直至所述材料填充层滚至预期厚度,即包括内核和填充层的结构,粒径大约为0.7~1.2cm;
(9)将步骤8制造的材料自然风干2~3天,然后将其浸泡在步骤5制备好的粘合液中10min,然后于造粒机中撒入由粉碎好的塑性粘结原料凹凸棒土和水泥、高渗透性原料按所述质量百分比混匀制成的混合组分并将浸泡好的填充层材料放入其中一起滚动,转速为46r/min,所述混合组分是由粉碎好的塑性粘结原料和高渗透性原料按所述质量百分比混匀制成,造材料期间,不断添加混合组分,喷入粘合剂,直至所述外壳滚至预期厚度,约为0.7~1.2mm;
(10)经步骤9制备好的复合材料自然风干2~3天后置于密封袋中养护7天,经测试含核填充层的粒径在1cm时颗粒强度达到53N/颗,复合材料颗粒强度约为60N/颗,且该复合材料的硬度能达到在水中浸泡3~4周不碎的程度。
所述步骤8、9中造粒机以46r/min转速滚动。
本发明渗透式反应墙复合材料,应用于地下水多环芳烃污染修复。
用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料的应用方法,步骤为:
(1)将所造PRB复合材料与粗砂按体积比3:7~4:6进行混匀;
(2)野外开挖,设置PRB埋深为2.0~6.0米,填埋厚度为1.5~2.0米,墙体宽度为1.2~2.0米。
.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与已有的公知技术相比,具有如下显著效果:
(1)本发明复合材料填充层可缓慢释放氧源、碳源,弥补地下水中氧气含量不足的缺点,可提供充足的氧气被微生物利用,为异养微生物提供良好的好氧环境,从而高效、快速、无污染地去除地下水中多环芳烃等有机污染物,经济又环保。
(2)生物炭(biochar)比表面积大,表面为多孔结构,且富含多种官能基团,更易于大量、牢固吸附目标污染物。与其他释碳原料相比,其性质稳定、可更加持久保持碳源,环保无污染,可利用寿命大大增加。
(3)本发明复合材料对多环芳烃去除效果显著,去除率可达90%以上,且去除效果长期有效,柱实验运行到350d时,多环芳烃去除率仍可达到90%以上并维持稳定,并且通过图5可看出多环芳烃污染物已经降解。
(4)本发明复合材料的制备操作简便、成本低、重复性好且其环保无污染、少绕流。
附图说明
图1为本发明复合材料的完整一维剖面示意图,1-内核;2-填充层;3-外壳;
图2为本发明复合材料对多环芳烃(菲)的静态去除实验效果图,横坐标上1为原液;2为只加桃核生物炭复合材料;3为只加椰壳生物炭复合材料;4为加入桃核生物炭和释氧剂复合材料;5为加入椰壳生物炭和释氧剂复合材料;
图3为PRB柱实验装置结构示意图,4-为水样接口,5-为放置复合材料和粗砂混合处;
图4为本发明复合材料对多环芳烃(菲)的动态去除实验效果图,图中1为加入椰壳生物炭和释氧剂复合材料;2为加入桃核生物炭和释氧剂复合材料;
图5为14C-菲标记示踪实验结果图,图5(a)为原液14C-菲出峰图;图5(b)为加入桃核生物炭和释氧剂复合材料出口水样14C-菲出峰图;图5(c)为加入椰壳生物炭和释氧剂复合材料出口水样14C-菲出峰图。
具体实施方式
以下实施例使用的试剂与装置
1、试剂
过氧化钙(江苏南京80~100目);生物炭(江苏溧阳80~100目);凹凸棒土粉末(江苏盱眙80~100目);硅藻土粉末(江苏南京80~100目);水泥粉末(江苏南京80~100目);海藻酸钠(江苏南京80~100目);菲(sigma试剂98%)
2、装置
糖衣机(BY-100泰州市长江制药有限公司);蠕动泵(BT100-1L保定兰格恒流泵有限公司);超声波清洗仪(KQ-800KDE昆山市超声仪器有限公司);多功能粉碎机(AD-03上海爱德科技有限公司);纯水机(艾克浦重庆易阳企业发展有限公司);如图4所示PRB柱装置(实验室自设计,玻璃材质圆柱体,内径为4cm,高50cm,上端为出水口,下端为入水口,每10cm备有采样口);高效液相色谱仪(Agilent1200)
为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述,但并不限制本发明。
实施例1
用于有机污染地下水化学生物修复复合材料,其内核为椰壳生物炭球状颗粒物,其填充层由如下质量百分比的组分组成:释氧剂过氧化钙15.85%,主要为微生物降解污染物提供氧气;释碳原料椰壳生物炭31.7%,主要是保持微生物生长所需的碳源;塑性粘结原料凹凸棒土15.85%,主要把所有原料粘结起来并保持一定的硬度;高渗透性原料硅藻土6.6%,主要是使复合材料保持多孔状,可缓释氧源、碳源;粘合剂海藻酸钠29.98%。所述外壳有包覆保护作用,由如下质量百分比的组分组成:塑性粘结原料普通硅酸盐水泥13.84%,凹凸棒土41.53%,高渗透性原料硅藻土6.64%,粘合剂海藻酸钠37.98%。本实施例的复合功能材料所用的释氧剂、释碳原料、塑性粘结原料、高渗透性原料、海藻酸钠的粒径均为80目。
用于多环芳烃污染地下水化学生物修复的复合材料制备步骤为:
(1)80目释氧剂备用;
(2)80目释碳原料备用;
(3)80目塑性粘结原料备用;
(4)80目高渗透性原料备用;
(5)将海藻酸钠和水按质量比1:80配制粘合液,将海藻酸钠粉末均匀、薄层撒入水中,并不断用玻璃棒快速搅拌,使海藻酸钠完全均匀溶于水中成粘稠状,配成粘合液备用;
(6)将椰壳生物炭在糖衣机中滚动制成内核,粒径大小为0.3cm,自然风干2天;
(7)将所述内核浸泡在步骤5制备好的粘合液中15min后备用;
(8)将备用的释氧剂、释碳原料、高渗透性原料、塑性粘结原料按所述质量百分比混匀制成混合材料,将所述混合材料一部分撒入造粒机中,投入步骤7备好的内核后开启造粒机以46r/min转速滚动,并不断添加混合材料,喷入粘合剂,每次添加的混合材料为10g,粘合剂的喷入量根据滚动的混合材料的干湿情况及粘合状况决定,待材料外部新包裹上一层混合材料后喷入4.28g左右天然粘合剂,直至所述材料填充层滚至预期厚度,即包括内核和填充层的结构,粒径大约为0.7cm;
(9)将步骤8制造的材料自然风干3天,然后将其浸泡在所述粘合液中10min,然后于造粒机中撒入由粉碎好的塑性粘结原料凹凸棒土和水泥、高渗透性原料按所述质量百分比混匀制成的混合组分并将浸泡好的填充层材料放入其中一起滚动,转速为46r/min,所述混合组分是由粉碎好的塑性粘结原料和高渗透性原料按所述质量百分比混匀制成,造材料期间,不断添加混合组分,喷入粘合剂,每次添加的混合组分为5g,粘合剂的添加量根据滚动的混合材料的干湿情况及粘合状况决定,待材料外部新包裹上一层混合材料后喷入3.06g左右天然粘合剂,直至所述外壳滚至预期厚度,约为0.7mm;
(10)经步骤9制备好的复合材料自然风干3天后置于密封袋中养护7天,经测试含核填充层的粒径在1cm时颗粒强度达到53N/颗,复合材料颗粒强度约为60N/颗,且该复合材料的硬度能达到在水中浸泡3~4周不碎的程度。
实施例2
本实施例用于有机污染地下水化学生物修复复合材料,基本同实施例1,不同之处在于:其内核为桃核生物炭球状颗粒物,粒径为0.5cm,其材料填充层由如下质量百分比的组分组成:释氧剂过氧化钙15.09%;释碳原料桃核生物炭30.19%;塑性粘结原料凹凸棒土15.09%;高渗透性原料硅藻土6.29%,;粘合剂海藻酸钠33.33%。所述的外壳由如下质量百分比的组分组成:塑性粘结原料普通硅酸盐水泥13.39%,凹凸棒土40.18%,高渗透性原料硅藻土6.43%,粘合剂海藻酸钠40%。本实施例的复合功能材料所用的释氧剂、释碳原料、塑性粘结原料、高渗透性原料、海藻酸钠的粒径均为90目。
本实施例的用于多环芳烃污染地下水化学生物修复的复合材料制备步骤为:
(1)90目释氧剂备用;
(2)90目释碳原料备用;
(3)90目塑性粘结原料备用;
(4)90目高渗透性原料备用;
(5)将海藻酸钠和水按质量比1:80配制粘合液,将海藻酸钠粉末均匀、薄层撒入水中,并不断用玻璃棒快速搅拌,使海藻酸钠完全均匀溶于水中成粘稠状,配成粘合液备用;
(6)将桃核生物炭在糖衣机中滚动制成内核,粒径大小为0.5cm,自然风干3天;
(7)将所述内核浸泡在步骤5制备好的粘合液中15min后备用;
(8)将备用的释氧剂、释碳原料、高渗透性原料、塑性粘结原料按所述质量百分比混匀制成混合材料,将所述混合材料一部分撒入造粒机中,投入步骤7备好的内核后开启造粒机以46r/min转速滚动,并不断添加混合材料,喷入粘合剂,每次添加的混合材料为10g,粘合剂的喷入量根据滚动的混合材料的干湿情况及粘合状况决定,待材料外部新包裹上一层混合材料后喷入5g左右天然粘合剂,直至所述材料填充层滚至预期厚度,即包括内核和填充层的结构,粒径大约为1.2cm;
(9)将步骤8制造的材料自然风干3天,然后将其浸泡在所述粘合液中10min,然后于造粒机中撒入由粉碎好的塑性粘结原料凹凸棒土和水泥、高渗透性原料按所述质量百分比混匀制成的混合组分并将浸泡好的填充层材料放入其中一起滚动,转速为46r/min,所述混合组分是由粉碎好的塑性粘结原料和高渗透性原料按所述质量百分比混匀制成,造材料期间,不断添加混合组分,喷入粘合剂,每次添加的混合组分为5g,粘合剂的添加量根据滚动的混合材料的干湿情况及粘合状况决定,待材料外部新包裹上一层混合材料后喷入3.33g左右天然粘合剂,直至所述外壳滚至预期厚度,约为1.2mm;
(10)经步骤9制备好的复合材料自然风干3天后置于密封袋中养护7天,经测试含核填充层的粒径在1cm时颗粒强度达到53N/颗,复合材料颗粒强度约为60N/颗,且该复合材料的硬度能达到在水中浸泡3~4周不碎的程度。
实施例3
本实施例同实施例1,其内核为椰壳生物炭球状颗粒物,其填充层由如下质量百分比的组分组成:释氧剂过氧化钙15.50%;释碳原料椰壳生物炭31%;塑性粘结原料凹凸棒土15.50%;高渗透性原料硅藻土6.45%;粘合剂海藻酸钠31.52%。所述外壳有包覆保护作用,由如下质量百分比的组分组成:塑性粘结原料普通硅酸盐水泥13.6%,凹凸棒土40.8%,高渗透性原料硅藻土6.53%,粘合剂海藻酸钠38.07%。本实施例的复合功能材料所用的释氧剂、释碳原料、塑性粘结原料、高渗透性原料、海藻酸钠的粒径均为100目。
本实施例的用于多环芳烃污染地下水化学生物修复的复合材料制备步骤在于:
(1)100目释氧剂备用;
(2)100目释碳原料备用;
(3)100目塑性粘结原料备用;
(4)100目高渗透性原料备用;
(5)将海藻酸钠和水按质量比1:80配制粘合液,将海藻酸钠粉末均匀、薄层撒入水中,并不断用玻璃棒快速搅拌,使海藻酸钠完全均匀溶于水中成粘稠状,配成粘合液备用;
(6)将椰壳生物炭在糖衣机中滚动制成内核,粒径大小为0.4cm,自然风干2天;
(7)将所述内核浸泡在步骤5制备好的粘合液中15min后备用;
(8)将备用的释氧剂、释碳原料、高渗透性原料、塑性粘结原料按所述质量百分比混匀制成混合材料,将所述混合材料一部分撒入造粒机中,投入步骤7备好的内核后开启造粒机以46r/min转速滚动,并不断添加混合材料,喷入粘合剂,每次添加的混合材料为10g,粘合剂的喷入量根据滚动的混合材料的干湿情况及粘合状况决定,待材料外部新包裹上一层混合材料后喷入4.6g左右天然粘合剂,直至所述材料填充层滚至预期厚度,即包括内核和填充层的结构,粒径大约为0.9cm;
(9)将步骤8制造的材料自然风干3天,然后将其浸泡在所述粘合液中10min,然后于造粒机中撒入由粉碎好的塑性粘结原料凹凸棒土和水泥、高渗透性原料按所述质量百分比混匀制成的混合组分并将浸泡好的填充层材料放入其中一起滚动,转速为46r/min,所述混合组分是由粉碎好的塑性粘结原料和高渗透性原料按所述质量百分比混匀制成,造材料期间,不断添加混合组分,喷入粘合剂,每次添加的混合组分为5g,粘合剂的添加量根据滚动的混合材料的干湿情况及粘合状况决定,待材料外部新包裹上一层混合材料后喷入3.07g左右天然粘合剂,直至所述外壳滚至预期厚度,约为0.9mm;
(10)经步骤9制备好的复合材料自然风干3天后置于密封袋中养护7天,经测试含核填充层的粒径在1cm时颗粒强度达到53N/颗,复合材料颗粒强度约为60N/颗,且该复合材料的硬度能达到在水中浸泡3~4周不碎的程度。
实施例4
将实施例1、实施例2所造复合材料设计静态实验,检测复合材料去除多环芳烃等有机污染物的能力,以菲为例,具体实施步骤如下:
(1)两种复合材料分别称取2.0g于100ml磨口玻璃锥形瓶中,每种材料做三个平行组;
(2)将配置好的0.5mg/L菲溶液分别倒入每个玻璃锥形瓶中,体积为100mL,盖上磨口塞,并用封口膜密封好;
(3)每隔5d取样监测水样中菲的去除情况,并定期(间隔5d)更换菲溶液,即向玻璃锥形瓶中加入新配制的菲溶液。
实验结果及分析:
由图2可以看出,只加桃核生物炭和只加椰壳生物炭的复合材料与本发明所述两种复合材料相比对菲的去除效果不显著,而本发明所述两种复合材料对菲的去除效果十分显著,且去除率可达90%以上。这是因为多环芳烃易于在好氧条件下降解,前两种材料并不能为微生物降解多环芳烃提供充足的氧源,而本发明所述两种材料不仅可缓释碳源,更重要的是可缓释氧源,从而大大提高对多环芳烃的去除率。
实施例5
将实施例1、实施例2所造复合材料与粗砂按体积比1:1比例填充PRB柱实验,具体实施步骤如下:
(1)如图3所示PRB柱实验装置图,包括为水样接口4和放置复合材料和粗砂混合处5;内径4cm,高50cm,上为出水口,下为入水口,10cm间隔备有采样口的玻璃柱装置清洗干净并烘干备用;
(2)将直径1~3mm粗砂用自来水淘洗并烘干备用;
(3)将经过干燥及养护的复合材料与粗砂按体积比1:1在干净的托盘里混合均匀;
(4)用50ml玻璃小烧杯将混匀的复合材料和粗砂缓慢倒入玻璃柱装置中,一边装入混合材料一边用橡胶锤将其在PRB玻璃柱装置中夯实;
(5)用蠕动泵通入纯水进入装置中,将复合材料及粗砂中夹杂的细小杂质冲出,并且让整个柱内***其保持充水连贯状态;
(6)最后,将用超纯水配好的菲溶液通过蠕动泵不断通入玻璃柱装置中,模拟地下水的流速为71.38~129.86uL/min,停留时间为34~41h,渗透系数为29.27cm/d~35.29cm/d。每隔一段时间定期接水样,用高效液相色谱测定进出口菲浓度的变化。
实验结果及分析:
如图4所示,本发明所述两种复合材料对菲的去除效果显著,运行期间菲的去除率可达85%以上,且去除效果长期有效,柱实验运行到350d时,菲的去除率仍可达到90%以上并维持稳定。这是因为柱实验运行初始阶段,菲的去除主要是复合材料本身的吸附性能起作用,随着运行时间的增加,复合材料对菲的吸附逐渐达到饱和状态,所以刚开始运行一段时间后,菲的去除率有所下降,但50d时,菲的去除率又逐渐上升并达到稳定状态,维持在90%以上,这是因为降解多换芳烃的微生物群落逐渐适应环境,并形成生物膜***,从而将多环芳烃高效、稳定去除。
实施例6
(1)PRB柱实验运行60d时,向初始菲溶液中加入14C-菲,初始放射性大小为5000dpm/ml左右,经36h停留时间后,从各个PRB柱出口接100ml水样,进行实验结果测定。
(2)首先,将各出口100ml水样经SPE柱富集,方法如下:将填料为C18的富集柱(200mg)先用2mL二氯甲烷清洗柱床,抽空流出液,再依次通过5mL甲醇和5mL水,在柱子被抽空前接上盛有100mL水样瓶子,以5mL/min的抽速上样,待水样全部抽完后,用5mL蒸馏水清洗柱体,并维持真空10min,最后用10mL二氯甲烷洗脱被分析组分,氮吹,用甲醇定容至0.5mL。
(3)最后将富集的各出口水样样品通过放射性HPLC检测,验证菲是否降解。
实验结果及分析:
由图5(图5(a)、图5(b)和图5(c))可以看出,在11.1min出的峰为14C-菲母体化合物,在4.9min出的峰为14C-菲降解产生的物质,由此可见,菲已经被降解为其他物质。这是因为在好氧的环境下,微生物通过双加氧酶、单加氧酶过程将多环芳烃进行加氧开环降解。
实施例7
用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料的应用方法,步骤为:
将所造PRB复合材料与粗砂按体积比3:7进行混匀,野外开挖,设置PRB埋深为3.0米,填埋厚度为1.5米,墙体宽度为1.2米。
实施例8
同实施例7,不同在于,将所造PRB复合材料与粗砂按体积比1:1进行混匀,野外开挖,设置PRB埋深为4.0米,填埋厚度为1.8米,墙体宽度为1.5米。
实施例9
同实施例7,不同在于,将所造PRB复合材料与粗砂按体积比4:6进行混匀,野外开挖,设置PRB埋深为6.0米,填埋厚度为2.0米,墙体宽度为2.0米。
Claims (9)
1.一种用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,包括内核、填充层和外壳;所述内核的组成材料为生物炭球状颗粒物;填充层包括由如下质量百分比的组分:释氧剂15.09%~15.85%,释碳原料30.19%~31.7%,塑性粘结原料凹凸棒土15.09%~15.85%,高渗透性原料6.29%~6.6%,余量为粘合剂;外壳包括由如下质量百分比的组分:塑性粘结原料凹凸棒土和水泥53.57%~55.37%,高渗透性原料6.43%~6.64%,余量为粘合剂。
2.根据权利要求1所述的用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述的释氧剂为过氧化钙,填充层内释碳原料为生物炭;高渗透性原料为硅藻土,所述粘合剂为海藻酸钠。
3.根据权利要求1或2所述的用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述的内核的生物炭为椰壳生物炭或桃核生物炭。
4.根据权利要求1所述的用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,其特征在于,所述的填充层内释碳原料生物炭为椰壳生物炭或桃核生物炭。
5.根据权利要求1所述的用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料的制备方法,其步骤为:
(1)80-100目释氧剂备用;
(2)80~100目释碳原料备用;
(3)80~100目塑性粘结原料备用;
(4)80~100目高渗透性原料备用;
(5)将粘合剂海藻酸钠和水配制粘合液,将海藻酸钠粉末均匀、薄层撒入水中,并不断快速搅拌,使海藻酸钠完全均匀溶于水中成粘稠状,配成粘合液备用;
(6)将生物炭在糖衣机中滚动制成内核,自然风干;
(7)将步骤6中制备的内核浸泡在步骤5制备好的粘合液中10~20min后备用;
(8)将备用的释氧剂、释碳原料、高渗透性原料和塑性粘结原料凹凸棒土按所述质量百分比混匀制成混合材料,将所述混合材料撒入造粒机中,并投入步骤7浸泡后的内核,开启造粒机滚动,不断添加混合材料,并喷入粘合剂,直至所述材料填充层滚至预期厚度,即包括内核和填充层的结构,粒径大约为0.7~1.2cm;
(9)将步骤8制造的材料自然风干,然后将其浸泡在步骤5制备好的粘合液中10min,然后于造粒机中撒入由粉碎好的塑性粘结原料凹凸棒土和水泥、高渗透性原料按所述质量百分比混匀制成的混合组分并将浸泡好的填充层材料放入其中一起滚动,造材料期间,不断添加混合组分,喷入粘合剂,直至所述外壳滚至预期厚度,约为0.7~1.2mm;
(10)经步骤9制备好的复合材料自然风干后置于密封袋中养护,经测试含核填充层的粒径在1cm时颗粒强度达到53N/颗,复合材料颗粒强度约为60N/颗,且该复合材料的硬度能达到在水中浸泡3~4周不碎的程度。
6.根据权利要求5所述的用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤8、9中造粒机以46r/min转速滚动。
7.根据权利要求5所述的用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤5中,海藻酸钠和水按质量比1:80配制粘合液。
8.根据权利要求1所述的用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料,应用于地下水多环芳烃污染修复。
9.根据权利要求1所述的用于地下水多环芳烃污染修复的渗透式反应墙复合材料的应用方法,步骤为:
(1)将所造PRB复合材料与粗砂按体积比3:7~4:6进行混匀;
(2)野外开挖,设置PRB埋深为2.0~6.0米,填埋厚度为1.5~2.0米,墙体宽度为1.2~2.0米。
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