CN107758758A

CN107758758A - 一种新型可渗透反应格栅

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Publication number: CN107758758A
Application number: CN201610695427.7A
Authority: CN
Inventors: 廖立兵; 梅乐夫; 吕国诚; 魏耀祖
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-03-06

Abstract

本发明公开了一种可渗透反应格栅，其包括位于地上的前端缓冲区和后端缓冲区，以及由地上深入地下的格栅主体；其中：所述前端缓冲区和后端缓冲区位于格栅主体的两侧，且依靠格栅主体由石块堆砌而成；所述格栅主体包括前端固定区、水处理区和后端固定区，其中，在前端固定区和后端固定区内填充石子，在水处理区内填充水处理剂；所述反应格栅形似大坝，其中，前端缓冲区和前端固定区构成坝前部分，水处理区为坝中部分，后端缓冲区和后端固定区构成坝后部分。本发明所述反应格栅结构牢固，可实现地表径流和浅层地下水的处理，同时采用特殊水处理剂，赋予格栅优良的水处理性能，实现水中重金属的有效脱除。

Description

一种新型可渗透反应格栅

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其涉及地表污水处理领域，特别地，涉及一种用于地表污水处理的可渗透反应格栅。

背景技术

水资源是人类生活和生产过程中不可或缺的一部分，但是，随着经济的快速发展，各种污染物被排放到环境中造成水体尤其是地下水严重污染，严重影响了人们的日常生活和生产。对水污染的处理有多种方法，其中，吸附法由于其低成本、无二次污染的优点而备受关注。

国内外学者对地下污水的治理已经做了很多研究，其中，填充有吸附介质的可渗透反应格栅作为新发展的技术具备良好的性能，在经济上节省也很显著，因此得到了广泛关注和研究。

但是，现有技术中所研究的可渗透格栅存在以下不足：

(1)均属于深层地下水处理领域，将格栅设置于地下，进行深层地下水的处理，而不能实现地表地表径流的处理与水样检测。但是，在实际中，存在很多地表土壤或地表水被污染的情况，例如：产生废液的工厂车间下方表面的土壤以及矿渣堆放区表面的土壤均被严重污染，里面的污染物在雨水的冲刷下形成地表径流和浅层地下水。因此，亟待设计一种能够处理地表径流或浅层地下水的反应格栅。

(2)水处理效果差，该原因主要体现在水处理介质的选择上，尤其是对水中污染性重金属的去除效果不佳。

中国专利CN 10366367A公开了一种可再生的渗透反应格栅，该格栅能够处理地下水但是非地表水，虽然所述格栅能够去除腐植酸，但是对重金属的去除效果不佳。

因此，亟需一种新型反应格栅，所述格栅具有高的水处理效率且能够进行地表径流和浅层地下水的处理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计处一种新型反应格栅，所述反应格栅一部分结构位于地上，用于处理地表径流，一部分结构位于地下，用于处理浅层地下水，使反应格栅实现了地表径流和浅层地下水的处理，同时，所述反应格栅采用了一种新型的水处理剂，实现了高效的水处理效果，从而完成本发明。

本发明提供了一种可渗透反应格栅，具体体现在：

(1)一种可渗透反应格栅，其中，所述反应格栅按水流方向由前往后依次包括前端缓冲区1、格栅主体2和后端缓冲区3；

(2)根据上述(1)所述的反应格栅，其中，

所述前端缓冲区1和后端缓冲区3均为三角柱形结构，其纵向截面均呈三角形；和/或

所述前端缓冲区1和后端缓冲区3均位于地上；

(3)根据上述(1)或(2)所述的反应格栅，其中，所述前端缓冲区1包括前端底面11，所述后端缓冲区3包括后端底面31，其中，

所述前端底面11的纵向宽度与后端底面31的纵向宽度之比为(1.1～1.5)：1，优选为(1.2～1.4)：1，更优选为1.3：1；和/或

所述前端底面11的宽度为1～3m，优选为1.5～2.5m，更优选为2m；

(4)根据上述(1)至(3)之一所述的反应格栅，其中，

所述格栅主体2为长方体形结构，其横向和纵向截面均呈矩形；和/或

所述格栅主体2由地上深入地下，其中一部分位于地上、另一部分位于地下；

(5)根据上述(1)至(4)之一所述的反应格栅，其中，

格栅主体2的地上部分的高度与格栅主体2的地下部分的深度之比为(1～2)：1，优选为(1.2～1.8)：1，更优选为1.5:1；和/或

格栅主体2的地下部分的深度为0.5～1.5m，优选为0.8～1.2m，更优选为1m；

(6)根据上述(1)至(5)之一所述的反应格栅，其中，所述格栅主体2从前往后依次包括前端固定区21、水处理区22和后端固定区23，其中，

前端固定区21与前端缓冲区1组成坝前部分；

后端固定区23与后端缓冲区3组成坝后部分；

所述水处理区22为坝中部分；

(7)根据上述(1)至(6)之一所述的反应格栅，其中，

所述反应格栅的左右两侧为混凝土固定；和/或

所述前端缓冲区1和所述后端缓冲区3均由石块堆砌而成，所述石块的直径为3～20cm，优选为5～15cm，更优选为10cm；和/或

在所述前端固定区21和后端固定区23内填充有石子，所述石子的粒径为0.5～3cm，优选为0.5～2.5cm，更优选为1～2cm；和/或

所述格栅主体2采用混凝土封顶；

(8)根据上述(1)至(7)之一所述的反应格栅，其中，在所述水处理区22内填充有水处理剂，其中，所述水处理剂包含沸石、表面活性剂和水；优选地：

所述沸石的粒径为0.5～1.5mm，优选为1～1.5mm；和/或

所述表面活性剂包括季铵盐类表面活性剂和离子液体表面活性剂，优选地，所述季铵盐类表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵，所述离子液体表面活性剂为十六烷基三甲基咪唑氯化物；

(9)根据上述(1)至(8)之一所述的反应格栅，其中，

基于100重量份的沸石，表面活性剂的用量为2～5重量份，优选为3～4重量份，更优选为3.5重量份；和/或

基于100wt％的表面活性剂，离子液体表面活性剂的用量为2～20wt％，优选为5～15wt％，更优选为10wt％；和/或

基于100重量份的沸石，水的用量为0.03～0.08重量份，优选为0.05～0.07重量份，更优选为0.06重量份；

(10)根据上述(1)至(9)之一所述的反应格栅，其中，

所述格栅主体2的底部设置有防水层，用于防止经过反应格栅的水流下渗遗失不能被采集到；和/或

在格栅主体2内设置有取样井，用于抽取水样24；优选地，在每个取样井24上由下向上依次设置有多个取水点，优选设置2～5个，更优选设置3～4个。

附图说明

图1示出本发明所述可渗透反应格栅径向(水流方向)截面图；

图2示出本发明所述可渗透反应格栅的俯视图；

图3示出在实验例1中做动态吸附所使用的实验装置图；

图4示出以实施例5制得的水处理剂为吸附介质测得的动态吸附结果。

附图标记

1-前端缓冲区

11-前端底面

2-格栅主体

21-前端固定区

22-水处理区

23-后端固定区

24-取样井

3-后端缓冲区

31-后端底面

4-重金属溶池

5-蠕动泵

6-导管

7-玻璃柱

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明提供了一种新型可渗透反应格栅，按水流方向，所述格栅由前往后依次包括前端缓冲区1、格栅主体2和后端缓冲区3，其中，所述前端缓冲区1和后端缓冲区3分别设置在格栅主体2的前后两侧，且所述前端缓冲区1和后端缓冲区3均由石块堆砌而成，其作用有三：其一是固定两者之间的格栅主体2；其二是缓冲水流，防止水流过大冲垮格栅主体2的结构；其三是过滤泥砂，防止其随水流进入格栅主体2而堵塞格栅主体，从而影响格栅主体的水处理性能，例如降低水处理效率和使用寿命。

根据本发明一种优选的实施方式，所述前端缓冲区1和所述后端缓冲区3均由直径为3～20cm的石块堆砌而成。

在进一步优选的实施方式中，所述前端缓冲区1和所述后端缓冲区3均由直径为5～15cm的石块堆砌而成。

在更进一步优选的实施方式中，所述前端缓冲区1和所述后端缓冲区3均由直径为10cm的石块堆砌而成。

其中，用于堆砌前端缓冲区1和所述后端缓冲区3的石块的粒径不能太大，太大的话石块间距较大，不能起到过滤泥砂的作用，同时，其粒径也不能太小，太小的话不能起到恰当的缓冲水流的作用，因为若粒径太小，其对水流不是起缓冲作用而是起阻碍作用，严重影响水的流速，可能会造成水流不畅。

根据本发明一种优选的实施方式，所述前端缓冲区1和后端缓冲区3均位于地上。

在进一步优选的实施方式中，所述前端缓冲区1和后端缓冲区3均为三角柱形结构，其纵向截面均呈三角形，其中，邻近的格栅主体一侧形成三角柱形结构的一直角面，地面形成三角柱形结构的另一直角面，石块从上往下自然下落形成三角柱形结构的斜面。

其中，所述用于堆砌前端缓冲区1和后端缓冲区3的石块沿地面和格栅主体接触的面进行堆砌，形成自然的三角柱形结构。

根据本发明一种优选的实施方式，所述前端缓冲区1包括前端底面11，所述后端缓冲区3包括后端底面31。

其中，所述前端底面11是指前端缓冲区1与地面接触的一面，所述后端底面31是指后端缓冲区3与地面接触的一面。

根据本发明一种优选的实施方式，所述前端底面11的纵向宽度与后端底面31的纵向宽度之比为(1.1～1.5)：1。

在进一步优选的实施方式中，所述前端底面11的纵向宽度与后端底面31的纵向宽度之比为(1.2～1.4)：1。

在更进一步优选的实施方式中，所述前端底面11的纵向宽度与后端底面31的纵向宽度之比为1.3：1。

其中，设计前端底面11的纵向宽度大于后端底面31的纵向宽度，这样，前端缓冲区的体积大于后端缓冲区的体积，即位于水流进口处的石块多于位于水流出口处的石块，因为前端缓冲区起到主要的缓冲水流的作用。

根据本发明一种优选的实施方式，所述前端底面11的宽度为1～3m，优选为1.5～2.5m，更优选为2m。

根据本发明一种优选的实施方式，所述格栅主体2为长方体形结构，其横向和纵向截面均呈矩形。

在进一步优选的实施方式中，所述格栅主体2由地上深入地下，其中一部分位于地上、另一部分位于地下。

其中，在本发明中，主要是利用格栅主体进行水处理，将格栅主体由地上深入地下，这样，地上的部分实现地表径流的处理，地下的部分实现浅层地下水的处理。

根据本发明一种优选的实施方式，格栅主体2的地上部分的高度与格栅主体2地下部分的深度之比为(1～2)：1。

在进一步优选的实施方式中，格栅主体2的地上部分的高度与格栅主体2地下部分的深度之比为(1.2～1.8)：1。

在更进一步优选的实施方式中，格栅主体2的地上部分的高度与格栅主体2地下部分的深度之比为1.5：1。

其中，设计格栅主体地上的部分的高度略大于地下部分的深度，是因为当降水量小时地表径流水位较低，当水量大时地表水位会稍高，因此，设计地上部分的高度稍高些。

根据本发明一种优选的实施方式，格栅主体2的地下部分的深度为0.5～1.5m，优选为0.8～1.2m，更优选为1m。

根据本发明一种优选的实施方式，在地上，所述前端缓冲区1、格栅主体2和后端缓冲区3齐高。

根据本发明一种优选的实施方式，沿水流方向，所述格栅主体2从前往后依次包括前端固定区21、水处理区22和后端固定区23。

其中，在本发明中，所述反应格栅类似大坝的结构，其中，前端固定区21与前端缓冲区1组成坝前部分，后端固定区23与后端缓冲区3组成坝后部分，所述水处理区22为坝中部分。

根据本发明一种优选的实施方式，在前端固定区21和后端固定区23内填充有石子，例如公分石。

在进一步优选的实施方式中，所述石子的粒径为0.5～3cm，优选为0.5～2.5cm，更优选为1～2cm。

其中，在前端固定区21和后端固定区23内填充石子的目的是进一步缓冲水流，此处使用的石子的粒径小于前端缓冲区和后端缓冲区的石块的粒径也是为了达到这个目的，即进一步缓冲水流和过滤泥沙。

根据本发明一种优选的实施方式，所述前端固定区21的纵向宽度等于后端固定区23的纵向宽度。

其中，所述前端固定区21和所述后端固定区23用于固定中间的水处理区。

根据本发明一种优选的实施方式，所述前端固定区21或所述后端固定区23与水处理区22的纵向宽度之比为1：(1～10)。

在进一步优选的实施方式中，所述前端固定区21或所述后端固定区23与水处理区22的纵向宽度之比为1：(2～8)。

在更进一步优选的实施方式中，所述前端固定区21或所述后端固定区23与水处理区22的纵向宽度之比为1：4。

因此，所述前端固定区21和所述后端固定区23的宽度不能太窄，太窄固定效果差，也不宜太宽，太宽会造成不必要的浪费，因此，其宽度只要能保证水处理区的稳固即可。

根据本发明一种优选的实施方式，所述水处理区22的纵向宽度为1.5～2.5m，优选为1.8～2.2m，更优选为2m。

其中，水处理区若太宽，必然导致现场实施困难，若太窄，则其水处理效果差。

根据本发明一种优选的实施方式，在所述水处理区22内填充有水处理剂。

在进一步优选的实施方式中，所述水处理剂包含沸石、表面活性剂和水。

在更进一步优选的实施方式中，先将表面活性剂与水混合，得到表面活性剂水溶液，然后再与沸石混合，得到水处理剂。

其中，由于沸石具有离子交换性能，表面改性剂的阳离子端被吸附到沸石表面。当表面活性剂浓度低于临界胶束浓度(CMC)时，表面活性剂分子在沸石表面形成单分子层，憎水基团吸附在沸石表面，亲水基团朝外。此时沸石不具备吸附重金属离子的性能。当表面活性剂浓度大于第一临界胶束浓度(CMC)时，表面活性剂分子聚合在沸石表面形成双分子层，第二层表面活性剂分子憎水基团朝外，提供了重金属离子静电作用负载的位置，此时改性沸石具备吸附重金属的能力；但是，当继续提高浓度，沸石表面不能够负载更多的表面活性剂分子时，多余的表面活性剂分子自身聚合形成亲水基团朝内，憎水基团朝外的胶束。

根据本发明一种优选的实施方式，所述沸石的主要成分为斜发沸石。

在进一步优选的实施方式中，所述沸石中斜发沸石的含量为60～70％。

在更进一步优选的实施方式中，所述沸石中斜发沸石的含量为65％。

其中，沸石的主要成分是斜发沸石，其次是辉沸石，然后是正长石和石英。并且，斜发沸石是含水的碱金属铝硅酸盐，它脱水后可具有分子筛的功能，斜发沸石还可作为离子交换剂，在本发明中就利用这条性质将其加工成水处理剂，用于去除水中的重金属。

根据本发明一种优选的实施方式，所述沸石的粒径为0.5～1.5mm。

在进一步优选的实施方式中，所述沸石的粒径为1～1.5mm。

其中，所述水处理剂的重金属吸附量与其表面的双分子层结构的面积有关。沸石的粒径越小，沸石的表面积越大，构成的双分子层面积越大，能够吸附重金属离子的量也就越多。但是，粒径太小会造成一定的经济消耗，因此，综合考虑吸附性能及经济效益，选用粒径为0.5～1.5mm，尤其是1～1.5mm的沸石。

根据本发明一种优选的实施方式，所述表面活性剂包括季铵盐类表面活性剂和离子液体表面活性剂。

在进一步优选的实施方式中，所述季铵盐类表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。

在更进一步优选的实施方式中，所述离子液体表面活性剂为十六烷基三甲基咪唑氯化物。

其中，传统的季铵盐类表面活性剂是常用的水处理剂改性剂，其价格低廉应用广泛，但其表面饱和蒸气压较高，会对环境造成污染。离子液体类表面活性剂是绿色改性剂，其表面饱和蒸气压较低，但其成本相对较高。因此，在本发明中，将上述两种表面活性剂共同，其对沸石进行改性后得到的水处理剂的重金属吸附量均大于单独的十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基咪唑氯化物作为表面活性剂对沸石进行改性后得到的对比水处理剂，并且成本较低、环保。

根据本发明一种优选的实施方式，基于100重量份的沸石，表面活性剂的用量为2～5重量份。

在进一步优选的实施方式中，基于100重量份的沸石，表面活性剂的用量为3～4重量份。

在进一步优选的实施方式中，基于100重量份的沸石，表面活性剂的用量为3.5重量份。

其中，当表面活性剂的用量低于2重量份时，其在沸石表面未形成双分子层结构，表面活性剂负载数量少，导致吸附量低；当表面活性剂用量为为2～5重量份尤其是3.5重量份时，表面活性剂用量能够形成双分子层结构，为重金属提供了足够的吸附位点；但是当用量大于5重量份时，多余的表面活性剂分子可能会包裹在双分子层结构表面，影响双分子层结构的吸附性能，使吸附量逐渐下降。其中，此处所述表面活性剂的用量为十六烷基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基咪唑氯化物的总用量。

根据本发明一种优选的实施方式，基于100wt％的表面活性剂，离子液体表面活性剂的用量为2～20wt％。

在进一步优选的实施方式中，基于100wt％的表面活性剂，离子液体表面活性剂的用量为5～15wt％。

在更进一步优选的实施方式中，基于100wt％的表面活性剂，离子液体表面活性剂的用量为10wt％。

其中，经过大量实验发现，在表面活性剂中，当离子液体表面活性剂的用量为2～20wt％或80～98％时，所述水处理剂对重金属的去除效率最好。但是，由于离子液体表面活性剂价格较贵，因此选择其用量为2～20wt％，优选为5～15wt％，尤其是10％时，达到重金属去除量的最高点。

根据本发明一种优选的实施方式，基于100重量份的沸石，水的用量为0.03～0.08份。

在进一步优选的实施方式中，基于100重量份的沸石，水的用量为0.05～0.07份。

在进一步优选的实施方式中，基于100重量份的沸石，水的用量为0.06份。

其中，液体的用量很重要，液体过少时，表现活性剂不能均匀的粘附在沸石表面，从而影响了吸附效果；而液体过多时，表面活性剂水溶液较稀，沸石颗粒无法充分地与表面活性剂分子接触，表面活性剂分子不能全部附着在沸石表面，而是残留在液体中，沸石无法携带大量液体，从而使表面活性剂随剩余的液体流失，造成浪费且改性效果受到严重影响。因此控制水用量为0.03～0.08份，其中，基于100重量份的沸石用量，此处水的用量较少的另一原因在于优选采用的表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵本省就为浓度为50％的液体，因此，不易再加大量的水。

根据本发明一种优选的实施方式，所述格栅主体2的底部设置有防水层。

在进一步优选的实施方式中，所述隔水层为隔水布。

其中，所述防水层用于防止经过反应格栅的水流下渗遗失而不能被采集到。因为，在实际使用中，需要定期对格栅内的水进行抽样并检测，以确定处理效果。

根据本发明一种优选的实施方式，在格栅主体2内设置有取样井，用于抽取格栅主体内的水样，以进行检测水中的重金属含量。

在进一步优选的实施方式中，在格栅主体2内设置有10～40个取样井，其中，在前端固定区21和后端固定区23分别设置2～10个，在水处理区设置4～20个。

在更进一步优选的实施方式中，在格栅主体2内设置有20个取样井，其中，在前端固定区21和后端固定区23分别设置5个，在水处理区22设置10个。

其中，所述取样井用于抽取反应格栅内的水，进行后期检测。具体地，设置于前端固定区内的取样井用于抽取还未经水处理区处理的水中重金属含量(即原水中的重金属含量)，设置于后端固定区内的取样井用于抽取经水处理区处理过后的水中重金属含量，再进行比对，即可得到反应格栅的水处理效果。同时，设置于水处理区的取样井用于对水处理过程进行实时监控。

根据本发明一种优选的实施方式，所述取水井包括外壳管和内部的多条输水管。

其中，所述输水管用于输水，进行水的传输，所述外壳管用于保护内管。

在更进一步优选的实施方式中，所述外壳管为硬管，例如PVC管，所述输水管为软管。

根据本发明一种优选的实施方式，在每个取样井的外壳管上开设有多个洞口，即为取水口，即由下向上依次设置有多个取水点。

其中，一个取水口对应一根输水管。

在进一步优选的实施方式中，在每个取样井上由下向上依次设置有2～5个取水点。

在更进一步优选的实施方式中，在每个取样井上由下向上依次设置有3～4个取水点。

其中，一方面：取水点的设置是为了更进一步地测试不同深度和部位的处理效果；另一方面：当降水量较小时，径流水位较低，上方的取水点不能积蓄水样，而当降水量较大时，地表径流可能会在坝前积蓄，此时坝前水位会上升从而在较高位置能够收集到水样，因此结合不同位置和高度的取水点取得的水量可判断不同流量下可渗透反应格栅的处理性能。

其中，取水点均匀地分布在每个取样井上，同时，理论上，在每个取样井上设置的取水点越多，其后期分析数据越完善，结论也越可靠，但是，基于成本和现场实施方面的考虑，限定在每个取样井上设置2～5个取水点。

根据本发明一种优选的实施方式，在前端固定区和后端固定区内的每个取样井上设置3个取水点，在水处理区内的每个取样井上设置4个取水点。

根据本发明一种优选的实施方式中，在取水样时采用蠕动泵进行。

在进一步优选的实施方式中，取水样时，在取样井的上端设置有蠕动泵，所述蠕动泵与取样井内的输水管连接，用于将水引流到取水井上端进行取水。

根据本发明一种优选的实施方式，输水管在取水口伸出外壳管后与取水器相连。

在进一步优选的实施方式中，所述取水器为一封口的漏斗，漏斗中间用石子填充，并将伸出来的输水管埋填于漏斗的石子间。

在更进一步优选的实施方式中，所述漏斗为塑料材料。

其中，取水器起到集水的目的。

根据本发明一种优选的实施方式，采用混凝土对所述格栅主体进行封顶：一方面，可以固定顶部疏松的填充介质(石子和水处理剂)，防止填充介质随风和水流而产生损失；另一方面，可以硬化顶部，方便工作人员上去采取水样。

根据本发明一种优选的实施方式，所述反应格栅在沿水流方向的左右两侧采用混凝土固定。

所述反应格栅的具体结构设计需要结合实际使用环境进行。

根据本发明一种优选的实施方式，当所述反应格栅应用于山谷中时，尤其是V型山谷时，一般情况下，地表径流是沿山谷方向进行，因此可以直接将反应格栅设置在山谷中，使山谷左右的山丘直接作为反应格栅的左右两端。

在进一步优选的实施方式中，在左右两端浇灌混凝土进行进一步固定。这样，反应格栅的左右两端呈斜坡状。

根据本发明另一种优选的实施方式，当所述反应格栅应用于平原时，反应格栅的左右两侧可以直接设置成垂直的，直接用混凝土固定。

因此，本发明所述的反应格栅的结构可能会根据实际使用地形进行相应改变，但是其整体思路还是处于本发明所述方案，因此，还在本发明的保护范围之内。

本发明还公开了一种制备上述反应格栅的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、挖掘填充坑。

其中，所述填充坑用于放置格栅主体2，所述填充坑的深度即为格栅主体2的深度。

步骤2、在填充坑的左右两侧浇筑混凝土。

其中，所述左右是相对当地水流方向而言。并且，所述混凝土的作用是固定反应格栅的左右两端。

步骤3、在填充坑底部铺设防水层，并在填充坑内架设取样井。

其中，每个取样井均设置有若干个取样口。

步骤4、对坝前部分、坝中部分和坝后部分进行同时填充。

根据本发明一种优选的实施方式，所述坝前部分包括前端缓冲区1和前端固定区21，所述坝中部分为水处理区22，所述坝后部分包括后端固定区后端缓冲区3和后端固定区23。

其中，分别对坝前部分、坝中部分和坝后部分进行相应填料的填充，并且对三部分的填充同时进行，以保证结构稳定。其中，前端缓冲区和后端缓冲区起到固定反应格栅前后端的作用。

根据本发明一种优选的实施方式，在填充到一定高度后，在取样口填埋取样器。

步骤5、对格栅主体2进行封顶。

根据本发明一种优选的实施方式，所述封顶采用混凝土浇筑。

根据本发明一种优选的实施方式，在封顶之前进行取样井的测试，以确保每个取样井均能成功抽取到水样。

在进一步优选的实施方式中，在测试前，在坝前部分浇灌一定量水，然后待坝前水流通过反应格栅主体并穿过坝后部分后再进行测试，保证每个部分都有水。

在本发明中，所述横向是指与水流方向垂直的方向，所述纵向是指与水流方向同向的方向、即水流方向；指代方向的“前”、“后”、“左”和“右”是按水流方向定义的，针对本申请所述反应格栅，定义水流入口为“前”，定义水流出口为“后”，然后相应地水流方向的左边为“左”，水流方向的右边为“右”；在说明书附图的图1和图2中，箭头表示水流方向。

本发明所具有的有益效果：

(1)本发明所述的可渗透反应格栅包括地上部分和地下部分，可以实现地表径流和浅层地下水的处理；

(2)本发明所述反应格栅结构设置有取样井，能够实现水处理过程的监控；

(3)本方明所述反应格栅形似大坝，其坝前部分和坝后部分保证了格栅得牢固性，即使在水流较大时也不会被轻易摧毁；

(4)本发明所述反应格栅结构简单，易于现场操作施工；

(5)本发明所述反应格栅采用特殊的水处理剂进行填充，赋予格栅优良的水处理性能，能够吸附水中的重金属，实现水中重金属的有效脱除；

(6)所采用的水处理剂原料简单、成本低。

实施例

以下通过具体实施例进一步描述本发明。不过这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。

实施例中所用原料及其来源如下：

所用天然沸石选自河北承德围场县；

所述十六烷基三甲基氯化铵购于天津市星光助剂厂，为纯度为50％的液体；

所述十六烷基三甲基咪唑氯化物购于上海成捷化学品有限公司，为白色粉末。

实施例1 水处理剂的制备

将天然沸石进行破碎、过筛，得所述沸石，取10g；

取0.004g十六烷基三甲基咪唑氯化物与0.196g十六烷基三甲基氯化铵混合，然后加入0.003mL水，搅拌均匀得到表面活性剂水溶液；

将所得表面活性剂水溶液与所取的10g沸石混合，搅拌2h，得到环保水处理剂。

实施例2 水处理剂的制备

将天然沸石进行破碎、过筛，得所述沸石，取10g；

取0.015g十六烷基三甲基咪唑氯化物与0.285g十六烷基三甲基氯化铵混合，然后加入0.005mL水，搅拌均匀得到表面活性剂水溶液；

将所得表面活性剂水溶液与所取的10g沸石混合，搅拌2.5h，得到环保水处理剂。

实施例3 水处理剂的制备

将天然沸石进行破碎、过筛，得所述沸石，取10g；

取0.035g十六烷基三甲基咪唑氯化物与0.315g十六烷基三甲基氯化铵混合，然后加入0.006mL水，搅拌均匀得到表面活性剂水溶液；

将所得表面活性剂水溶液与所取的10g沸石混合，搅拌3h，得到环保水处理剂。

实施例4 水处理剂的制备

将天然沸石进行破碎、过筛，得所述沸石，取10g；

取0.06g十六烷基三甲基咪唑氯化物与0.34g十六烷基三甲基氯化铵混合，然后加入0.007mL水，搅拌均匀得到表面活性剂水溶液；

将所得表面活性剂水溶液与所取的10g沸石混合，搅拌3.5h，得到环保水处理剂。

实施例5 水处理剂的制备

将天然沸石进行破碎、过筛，得所述沸石，取10g；

取0.1g十六烷基三甲基咪唑氯化物与0.4g十六烷基三甲基氯化铵混合，然后加入0.008mL水，搅拌均匀得到表面活性剂水溶液；

将所得表面活性剂水溶液与所取的10g沸石混合，搅拌4h，得到环保水处理剂。

对比例

对比例1

重复实施例5中水处理剂的制备过程，其中，不添加任何表面活性剂(十六烷基三甲基咪唑氯化物和十六烷基三甲基氯化铵)。

对比例2

重复实施例3中水处理剂的制备过程，其中，十六烷基三甲基咪唑氯化物的用量为0.2g，十六烷基三甲基氯化铵的用量为0.3g。

实验例

实验例1 所用水处理剂对铬离子的模拟动态吸附

在本实验例中，动态吸附实验采用如图3所示实验装置(箭头表示水流方向)，重金属溶池4内放有待吸附的重金属溶液(原始浓度为1mol/L的模拟污染液)，待吸附重金属溶液用蠕动泵5经导管6由下至上穿过装载吸附介质的玻璃柱7，在玻璃柱7中污水从吸附介质颗粒缝隙中流动的过程中，与颗粒表面的表面活性剂反应从而被固定下来，起到吸附净化水源的作用。从玻璃柱7上方流出的液体被收集起来进行污染物浓度测试，从而计算得到该吸附剂的吸附性能及该装置对污水的处理能力。其中，本实验装置中，玻璃柱7的直径为5cm，高为15cm；导管为内径为2mm、外径为4mm、长60cm的蠕动泵软管。

从玻璃柱上方流出的溶液经导管导出，导管接在编好取样程序的机器臂上进行自动取样，每隔20分钟取样一次，一次取样进行10分钟，不同流速下可以取5～15mL左右的样品，过滤待测分光光度，并计算浓度和吸附量，绘制吸附曲线图。当从玻璃柱上方流出的溶液中铬离子浓度接近原液浓度且浓度稳定时，吸附过程接近饱和，吸附过程结束后，将导管从原液中移至蒸馏水中直接进行脱附实验，脱附过程实验方法同吸附过程。

寿命以孔隙体积(PV)为单位进行衡量，其表示玻璃柱中填充介质颗粒间的孔隙体积，流出液体与PV的比值可表示流过玻璃柱中孔隙体积的倍数，即经过玻璃柱处理的水体积量，是衡量玻璃柱寿命的重要标准。

当浓度比(C_t/C₀)为0.5时对应的PV值若大于20，即为性能优良，其中，C₀表示重金属溶液中铬的原始浓度，C_t表示经处理后(由图4所示装置末端)流出的溶液中铬的浓度。

其中，玻璃柱的孔隙体积(PV)可以由下式(1)计算得到：

在式(1)中，m₁表示玻璃柱的重量，m₂表示玻璃柱被去离子水完全填充后的重量，ρ为被吸附液体的浓度。

实验例1-1 表面活性剂的添加对吸附性能的影响

在该实验例中，玻璃柱所采用的吸附介质分别为实施例5和对比例1制备的水处理剂。其中，实施例5以季铵盐类表面活性剂和离子液体表面活性剂为共表面活性剂，结果如图4所示；对比例1不添加表面活性剂。

其中，纯的沸石具有一定的吸附性能，但是吸附容量非常小，4小时左右后玻璃柱吸附很快即达到饱和，寿命也只有1.2个PV。

在图4中，寿命为53个PV左右，远远大于20个PV，说明其性能达到优良。

因此，说明表面活性剂的加入明显提高了沸石的吸附性能，同时说明本发明所提供的水处理剂(水处理区的填充介质)具有很强的重金属吸附性能。

实验例1-2 离子液体表面活性剂的添加量对吸附性能的影响

在该实验例中，玻璃柱所采用的吸附介质分别为实施例5和对比例2制备的水处理剂。其中，在实施例5中，离子液体表面活性剂用量为20％(占总表面活性剂用量)，在对比例2中，离子液体表面活性剂用量为40％(占总表面活性剂用量)。

其中，采用实施例5所述的水处理剂的处理效果在实验例1-1中已经详细说明，与实施例5相比，对比例2所述的水处理剂的处理时间和寿命均弱于实施例5所得到的水处理剂。

因此，说明离子液体表面活性剂(十六烷基三甲基咪唑氯化物)的用量不能太多，太多会影响水处理剂的吸附性能与吸附寿命。

其中，需要说明，该试验例仅仅是采用了100g的水处理剂，而实际使用时，需要往反应格栅内添加30t左右的水处理剂，因此，其水处理效果会更佳。

实验例2 可渗透反应格栅的实际水处理情况

将实施例5所制得的水处理剂填充于格栅的水处理区，形成本发明所述可渗透反应格栅，并将该反应格栅设置于阳宗海西侧杨宗镇一家磷石膏加工厂的矿坑上游，并经常通过取样井取水样并进行检测，其中，分别在坝前部分和坝后部分取样，其中，坝前部分的水样中水质为300ug/L，坝后部分的水样中水质为50ug/L，达到了国家二类水质标准。其中，水质表示水中重金属元素的含量。表明，经过反应格栅的水中重金属含量明显降低，降低了80％以上。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims

1.一种可渗透反应格栅，其特征在于，所述反应格栅按水流方向由前往后依次包括前端缓冲区(1)、格栅主体(2)和后端缓冲区(3)。

2.根据权利要求1所述的反应格栅，其特征在于，

所述前端缓冲区(1)和后端缓冲区(3)均为三角柱形结构，其纵向截面均呈三角形；和/或

所述前端缓冲区(1)和后端缓冲区(3)均位于地上。

3.根据权利要求1或2所述的反应格栅，其特征在于，所述前端缓冲区(1)包括前端底面(11)，所述后端缓冲区(3)包括后端底面(31)，其中，

所述前端底面(11)的纵向宽度与后端底面(31)的纵向宽度之比为(1.1～1.5)：1，优选为(1.2～1.4)：1，更优选为1.3：1；和/或

所述前端底面(11)的宽度为1～3m，优选为1.5～2.5m，更优选为2m。

4.根据权利要求1至3之一所述的反应格栅，其特征在于，

所述格栅主体(2)为长方体形结构，其横向和纵向截面均呈矩形；和/或

所述格栅主体(2)由地上深入地下，其中一部分位于地上、另一部分位于地下。

5.根据权利要求1至4之一所述的反应格栅，其特征在于，格栅主体(2)的地上部分的高度与格栅主体(2)的地下部分的深度之比为(1～2)：1，优选为(1.2～1.8)：1，更优选为1.5:1；和/或

格栅主体(2)的地下部分的深度为0.5～1.5m，优选为0.8～1.2m，更优选为1m。

6.根据权利要求1至5之一所述的反应格栅，其特征在于，所述格栅主体(2)从前往后依次包括前端固定区(21)、水处理区(22)和后端固定区(23)，其中，

前端固定区(21)与前端缓冲区(1)组成坝前部分；

后端固定区(23)与后端缓冲区(3)组成坝后部分；

所述水处理区(22)为坝中部分。

7.根据权利要求1至6之一所述的反应格栅，其特征在于，

所述反应格栅的左右两侧为混凝土固定；和/或

所述前端缓冲区(1)和所述后端缓冲区(3)均由石块堆砌而成，所述石块的直径为3～20cm，优选为5～15cm，更优选为10cm；和/或

在所述前端固定区(21)和后端固定区(23)内填充有石子，所述石子的粒径为0.5～3cm，优选为0.5～2.5cm，更优选为1～2cm；和/或

所述格栅主体(2)采用混凝土封顶。

8.根据权利要求1至7之一所述的反应格栅，其特征在于，在所述水处理区(22)内填充有水处理剂，其中，所述水处理剂包含沸石、表面活性剂和水；优选地：

所述沸石的粒径为0.5～1.5mm，优选为1～1.5mm；和/或

所述表面活性剂包括季铵盐类表面活性剂和离子液体表面活性剂，优选地，所述季铵盐类表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵，所述离子液体表面活性剂为十六烷基三甲基咪唑氯化物。

9.根据权利要求1至8之一所述的反应格栅，其特征在于，

基于100重量份的沸石，水的用量为0.03～0.08重量份，优选为0.05～0.07重量份，更优选为0.06重量份。

10.根据权利要求1至9之一所述的反应格栅，其特征在于，

所述格栅主体(2)的底部设置有防水层，用于防止经过反应格栅的水流下渗遗失不能被采集到；和/或

在格栅主体(2)内设置有取样井，用于抽取水样(24)；优选地，在每个取样井(24)上由下向上依次设置有多个取水点，优选设置2～5个，更优选设置3～4个。