CN110902751A - 一种地下污染物迁移控制用渗透反应墙及地下污染物迁移控制治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下污染物迁移控制用渗透反应墙及地下污染物迁移控制治理方法，属于环境污染治理技术领域。本发明的地下污染物迁移控制用渗透反应墙，包括可渗透反应层，所述可渗透反应层主要由如下重量份数的原料制成：石英砂20‑40份、活性炭20‑40份、铁粉25‑60份；所述石英砂的粒度为32‑100目；所述铁粉的粒径为0.050‑10μm；所述活性炭的粒径为0.9‑2.2mm。本发明采用多种原料制备成可渗透反应材料，进而制成渗透反应墙，能够对地下水体中的污染物进行高效而充分的吸附和处理，大大提高了渗透反应墙对水体污染物迁移的控制效果。

Description

一种地下污染物迁移控制用渗透反应墙及地下污染物迁移控 制治理方法

技术领域

本发明涉及环境污染治理技术领域，更具体地说，涉及一种地下污染物迁移控制用渗透反应墙及地下污染物迁移控制治理方法。

背景技术

渗透阻隔主要通过可渗透反应墙(PRB)中的填充介质对重金属及有机污染物离子等进行选择性阻断。

PRB是一个填充有活性反应介质材料的被动反应区，当污染的地下水通过时，其中的污染物质和反应介质发生物理、化学等作用而被降解、吸附、沉淀或去除。具体地说，PRB中含有能去除污染物的氧化还原剂、螯合剂、络合剂、吸附剂、沉淀剂或微生物，当污染物随水流通过预先设置好的PRB时，污染物可以被还原、吸附、沉淀或生物降解。

渗透反应墙不仅避免了传统的原位处理技术中的治理耗时长、工程费用昂贵、对修复区干扰大、污染反弹等缺点，而且与异位修复技术相比，不破坏本体结构，不占用地上处理空间，减少了存储、搬运及回灌工作，极大地减少了成本。现有技术中的渗透反应墙技术对重金属的去除率较低，特别是长期使用后，重金属去除率会逐渐下降。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种地下污染物迁移控制用渗透反应墙，以提高重金属污染物的渗透去除率。

本发明的第二个目的在于提供一种地下污染物迁移控制治理方法，该方法对重金属污染物渗透去除率高，方法简单易操作。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种地下污染物迁移控制用渗透反应墙，包括可渗透反应层，所述可渗透反应层主要由如下重量份数的原料制成：石英砂20-40份、活性炭20-40份、铁粉25-60份；所述石英砂的粒度为32-100目；所述铁粉的粒径为0.050-10μm；所述活性炭的粒径为0.9-2.2mm。

通过采用上述技术方案，本发明的渗透反应墙的可渗透反应层的制备原料包括活性炭、铁粉，并且控制铁粉的粒径大大小于活性炭的粒径，使铁粉能够进入活性炭的孔中，吸附在活性炭的孔壁上。在地下水经过渗透反应墙时，活性炭能够将地下水中的污染物吸附到活性炭内的孔壁上，进而与活性炭内的铁粉发生反应，将污染物降解，避免污染物穿过渗透反应墙而进行迁移，同时还将活性炭的吸附性能进行恢复。石英砂的粒径介于活性炭和铁粉的粒径之间，能够填充在活性炭等较大颗粒的间隙中，提升可渗透反应材料的密实度，对水体进行过滤。

本发明进一步设置为：所述原料还包括8-20重量份的填料，所述填料为膨润土、珍珠岩、硅镁土中的至少一种。

通过采用上述技术方案，膨润土在遇水时可以膨胀，能够进一步提高反渗透墙的密实度，延长了水体通过渗透反应墙的时间，提高对水体中污染物的过滤效果。珍珠岩具有良好的吸水性，进一步提高了水体通过渗透反应墙的时间，还可以在制备反渗透材料时提高各原料之间的润湿性，便于成粒。硅镁土具有一定的吸水性和黏性，除了可以延长水体通过时间，还能够提高各原料混合时的粘度，便于成粒。

本发明进一步设置为：所述填料由质量比为(1-1.5):(5-8):(3-5)的膨润土、珍珠岩、硅镁土组成。

通过采用上述技术方案，为了保证活性炭对水体中污染物的高效吸附，填料的添加量不宜过大，为了保证各填料发挥出更好的效果，本发明优化了膨润土、珍珠岩、硅镁土之间的比例，三者之间相互配合，在最大程度延长水体通过时间的基础上，还提高了制备可渗透反应材料的加工性。。

本发明进一步设置为：所述原料还包括3-8重量份的石灰和10-15重量份的石膏。

通过采用上述技术方案，在制备可渗透反应材料时，能够利用石膏和水将各原料牢固地结合在一起，便于形成颗粒状材料。

本发明进一步设置为：所述原料还包括5-10重量份的沸石。

通过采用上述技术方案，沸石能够代替一部分活性炭，对水体中的污染物进行吸附，还颗粒利用沸石较强的水浸润性，充分吸附污染物。

本发明进一步设置为：所述原料还包括10-15重量份的高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚丙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、乙烯醋酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。

通过采用上述技术方案，加入的高分子聚合物能够直接吸附部分有机污染物，提高了对水体污染物迁移控制的范围。

本发明进一步设置为：所述高分子聚合物包括均聚材料和共聚材料，所述均聚材料为聚丙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷中的至少一种，所述共聚材料为乙烯醋酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。

通过采用上述技术方案，不同构型的均聚材料和共聚材料能够对多种类别的有机污染物进行吸附，提高了吸附效率。

本发明进一步设置为：所述原料还包括15-20重量份的增强金属，所述增强金属为铝粉、镁粉、锌粉中的至少一种。

通过采用上述技术方案，增强金属的加入改变了单一铁粉的反应效果，能够形成对铁粉的补充，提高反应的充分程度。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种地下污染物迁移控制治理方法，包括如下步骤：

1)将活性炭与铁粉混合均匀后，加入石英砂混合均匀，制得可渗透反应材料；

2)在待治理场地开挖沟槽，在沟槽中填充可渗透反应材料，形成渗透反应墙。

通过采用上述技术方案，本发明在待治理的污染场地开挖沟槽并制备渗透反应墙，能够有效地阻断污染物的迁移，实现对污染物的控制。

本发明进一步设置为：步骤1)中将活性炭与铁粉混合均匀后，加入生石灰、石膏、水混合均匀制得颗粒状材料，然后将颗粒状材料与石英砂混合均匀，制得可渗透反应材料。

通过采用上述技术方案，先将活性炭与铁粉混合后，小颗粒的铁粉能够进入活性炭的孔隙中，在制备成渗透反应墙时，对活性炭吸附的污染物进行反应，提高了反应效率，而且将活性炭吸附的污染物反应掉后，也将活性炭的吸附能力进行了恢复，提高了渗透反应墙的使用寿命。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明采用多种原料制备成可渗透反应材料，进而制成渗透反应墙，能够对地下水体中的污染物进行高效而充分的吸附和处理，大大提高了渗透反应墙对水体污染物迁移的控制效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的地下污染物迁移控制用渗透反应墙用来进行Cr污染物迁移控制。地下污染物迁移控制用渗透反应墙所用可渗透反应材料的制备原料中，铁粉和锌粉的重量之和为40-60重量份。铁粉和增强金属的质量之比为(1-2):1。优选的，增强金属为镁粉或锌粉与铝粉以(2-3)：1的质量比混合得到。增强金属的粒度优选为325-1100目。铝粉、镁粉可采用机械加工时的铝合金废屑和镁合金废屑，以实现废旧资源利用。铁粉和增强金属在使用前用质量分数为9.8％的稀硫酸喷淋后用水洗涤，除去铁粉表面的杂质和氧化膜，以提高其活性。

膨润土的粒度为100-200目。珍珠岩的粒度为90-100目。均聚材料的粒径为1-2mm。共聚材料的粒径为2-4mm。

本发明的地下污染物迁移控制治理方法中，将活性炭与铁粉混合均匀是以50-80r/min的转速搅拌10-30min。加入石英砂后混合均匀是以100-150r/min的转速搅拌10-20min。

实施例1

本实施例的地下污染物迁移控制用渗透反应墙包括沿地下水流方向依次设置的过滤网、碎石层、过滤网、砂层、过滤网、可渗透反应层、过滤网、砂层、过滤网、碎石层、过滤网。碎石层的厚度为20cm，砂层的厚度为10cm，可渗透反应层的厚度为50cm。过滤网包括过滤网骨架以及固定设置在过滤网骨架两侧的聚乙烯网，过滤网骨架为由纵向筋和横向筋构成的框架。聚乙烯网的网孔大小为1mm。碎石层由粒径为4.75-9.50mm的碎石组成。砂层由粒径为1.18-2.36mm的天然砂组成。

可渗透反应层由可渗透反应材料填充构成，可渗透反应材料由如下重量份数的原料制成：石英砂40份、活性炭20份、铁粉40份；石英砂的粒度为40目；铁粉的粒径为5μm；活性炭的粒径为1.5mm。

本实施例的地下污染物迁移控制治理方法包括如下步骤：

1)将活性炭与铁粉加入搅拌机中，以80r/min的转速搅拌20min，然后加入石英砂，以150r/min的转速搅拌10min，制得可渗透反应材料。

2)需要设置渗透反应墙的场地开挖沟槽，然后竖向固定设置多层过滤网，然后在过滤网之间的多个间隙中分别填充碎石、天然砂、可渗透反应材料。

实施例2

本实施例的地下污染物迁移控制用渗透反应墙包括沿地下水流方向依次设置的过滤网、碎石层、过滤网、砂层、过滤网、可渗透反应层、过滤网、砂层、过滤网、碎石层、过滤网。碎石层的厚度为20cm，砂层的厚度为10cm，可渗透反应层的厚度为50cm。过滤网包括过滤网骨架以及固定设置在过滤网骨架两侧的聚乙烯网，过滤网骨架为由纵向筋和横向筋构成的框架。聚乙烯网的网孔大小为1mm。碎石层由粒径为4.75-9.50mm的碎石组成。砂层由粒径为1.18-2.36mm的天然砂组成。

可渗透反应层由可渗透反应材料填充构成，可渗透反应材料由如下重量份数的原料制成：石英砂20份、活性炭40份、铁粉55份、生石灰5份、石膏10份；石英砂的粒度为70目；铁粉的粒径为10μm；活性炭的粒径为0.9mm。

本实施例的地下污染物迁移控制治理方法包括如下步骤：

1)将活性炭与铁粉加入搅拌机中，以50r/min的转速搅拌30min，然后加入生石灰和石膏，50r/min的转速搅拌10min，加10份的水，以50r/min的转速搅拌10min，得到颗粒状材料，然后加入石英砂，以100r/min的转速搅拌20min，制得可渗透反应材料。

2)需要设置渗透反应墙的场地开挖沟槽，然后竖向固定设置多层过滤网，然后在过滤网之间的多个间隙中分别填充碎石、天然砂、可渗透反应材料。

实施例3

本实施例的地下污染物迁移控制用渗透反应墙包括沿地下水流方向依次设置的过滤网、碎石层、过滤网、砂层、过滤网、可渗透反应层、过滤网、砂层、过滤网、碎石层、过滤网。碎石层的厚度为20cm，砂层的厚度为10cm，可渗透反应层的厚度为50cm。过滤网包括过滤网骨架以及固定设置在过滤网骨架两侧的聚乙烯网，过滤网骨架为由纵向筋和横向筋构成的框架。聚乙烯网的网孔大小为1mm。碎石层由粒径为4.75-9.50mm的碎石组成。砂层由粒径为1.18-2.36mm的天然砂组成。

可渗透反应层由可渗透反应材料填充构成，可渗透反应材料由如下重量份数的原料制成：石英砂15份、活性炭45份、铁粉25份、铝粉15、膨润土5份、珍珠岩5份、生石灰3份、石膏15份、聚丙烯颗粒10份；石英砂的粒度为100目；活性炭的粒径为2.2mm；铁粉的粒径为1μm；铝粉的粒度为325目；膨润土的粒度为200目；珍珠岩的粒度为90目；聚丙烯颗粒的平均粒径为1mm。

本实施例的地下污染物迁移控制治理方法包括如下步骤：

1)将活性炭与铁粉和铝粉加入搅拌机中，以50r/min的转速搅拌30min，然后加入生石灰、石膏、膨润土、珍珠岩，50r/min的转速搅拌10min，加10份的水，以50r/min的转速搅拌10min，得到颗粒状材料，然后加入石英砂、聚丙烯颗粒，以100r/min的转速搅拌20min，制得可渗透反应材料。

2)需要设置渗透反应墙的场地开挖沟槽，然后竖向固定设置多层过滤网，然后在过滤网之间的多个间隙中分别填充碎石、天然砂、可渗透反应材料。

实施例4

本实施例的地下污染物迁移控制用渗透反应墙包括沿地下水流方向依次设置的过滤网、碎石层、过滤网、砂层、过滤网、可渗透反应层、过滤网、砂层、过滤网、碎石层、过滤网。碎石层的厚度为20cm，砂层的厚度为10cm，可渗透反应层的厚度为50cm。过滤网包括过滤网骨架以及固定设置在过滤网骨架两侧的聚乙烯网，过滤网骨架为由纵向筋和横向筋构成的框架。聚乙烯网的网孔大小为1mm。碎石层由粒径为4.75-9.50mm的碎石组成。砂层由粒径为1.18-2.36mm的天然砂组成。

可渗透反应层由可渗透反应材料填充构成，可渗透反应材料由如下重量份数的原料制成：石英砂10份、活性炭50份、铁粉30份、铝粉20份、膨润土1份、珍珠岩5份、硅镁土3份、生石灰3份、石膏15份、沸石8份、聚丙烯颗粒6份、EVA9份；石英砂的粒度为70目；活性炭的粒径为0.9mm；铁粉的粒径为10μm；铝粉的粒度为325目；膨润土的粒度为200目；珍珠岩的粒度为90目；聚丙烯颗粒的平均粒径为1mm、EVA的平均粒径为2mm。

本实施例的地下污染物迁移控制治理方法包括如下步骤：

1)将活性炭、沸石与铁粉、铝粉加入搅拌机中，以50r/min的转速搅拌30min，然后加入生石灰、石膏、膨润土、珍珠岩、硅镁土，80r/min的转速搅拌15min，加10份的水，以50r/min的转速搅拌10min，得到颗粒状材料，然后加入石英砂、聚丙烯颗粒、EVA，以100r/min的转速搅拌20min，制得可渗透反应材料。

2)需要设置渗透反应墙的场地开挖沟槽，然后竖向固定设置多层过滤网，然后在过滤网之间的多个间隙中分别填充碎石、天然砂、可渗透反应材料，填土掩埋即可。

实施例5

本实施例的地下污染物迁移控制用渗透反应墙包括沿地下水流方向依次设置的过滤网、碎石层、过滤网、砂层、过滤网、可渗透反应层、过滤网、砂层、过滤网、碎石层、过滤网。碎石层的厚度为20cm，砂层的厚度为10cm，可渗透反应层的厚度为50cm。过滤网包括过滤网骨架以及固定设置在过滤网骨架两侧的聚乙烯网，过滤网骨架为由纵向筋和横向筋构成的框架。聚乙烯网的网孔大小为1mm。碎石层由粒径为4.75-9.50mm的碎石组成。砂层由粒径为1.18-2.36mm的天然砂组成。

可渗透反应层由可渗透反应材料填充构成，可渗透反应材料由如下重量份数的原料制成：石英砂20份、活性炭35份、铁粉30份、铝粉15份、镁粉5份、膨润土2份、珍珠岩10份、硅镁土6份、生石灰5份、石膏10份、沸石5份、聚丙烯颗粒3份、EVA8份；石英砂的粒度为70目；活性炭的粒径为0.9mm；铁粉的粒径为10μm；铝粉的粒度为325目；镁粉的粒度为800目；膨润土的粒度为200目；珍珠岩的粒度为90目；聚丙烯颗粒的平均粒径为1mm、EVA的平均粒径为2mm。

本实施例的地下污染物迁移控制治理方法包括如下步骤：

1)将活性炭、沸石与铁粉、铝粉加入搅拌机中，以60r/min的转速搅拌30min，然后加入生石灰、石膏、膨润土、珍珠岩、硅镁土，90r/min的转速搅拌15min，加10份的水，以50r/min的转速搅拌15min，得到颗粒状材料，然后加入石英砂、聚丙烯颗粒、EVA，以150r/min的转速搅拌10min，制得可渗透反应材料。

2)需要设置渗透反应墙的场地开挖沟槽，然后竖向固定设置多层过滤网，然后在过滤网之间的多个间隙中分别填充碎石、天然砂、可渗透反应材料，填土掩埋即可。

实施例6

本实施例的地下污染物迁移控制用渗透反应墙包括沿地下水流方向依次设置的过滤网、碎石层、过滤网、砂层、过滤网、可渗透反应层、过滤网、砂层、过滤网、碎石层、过滤网。碎石层的厚度为20cm，砂层的厚度为10cm，可渗透反应层的厚度为50cm。过滤网包括过滤网骨架以及固定设置在过滤网骨架两侧的聚乙烯网，过滤网骨架为由纵向筋和横向筋构成的框架。聚乙烯网的网孔大小为1mm。碎石层由粒径为4.75-9.50mm的碎石组成。砂层由粒径为1.18-2.36mm的天然砂组成。

可渗透反应层由可渗透反应材料填充构成，可渗透反应材料由如下重量份数的原料制成：石英砂20份、活性炭35份、铁粉20份、铝粉15份、锌粉5份、膨润土2份、珍珠岩8份、硅镁土5份、生石灰8份、石膏12份、沸石10份、聚丙烯颗粒5份、EVA10份；石英砂的粒度为70目；活性炭的粒径为0.9mm；铁粉的粒径为10μm；铝粉的粒度为325目；锌粉的粒度为1100目；膨润土的粒度为200目；珍珠岩的粒度为90目；聚丙烯颗粒的平均粒径为1mm、EVA的平均粒径为2mm。

本实施例的地下污染物迁移控制治理方法包括如下步骤：

1)将活性炭、沸石与铁粉、铝粉、锌粉加入搅拌机中，以60r/min的转速搅拌30min，然后加入生石灰、石膏、膨润土、珍珠岩、硅镁土，90r/min的转速搅拌15min，加10份的水，以50r/min的转速搅拌15min，得到颗粒状材料，然后加入石英砂、聚丙烯颗粒、EVA，以120r/min的转速搅拌15min，制得可渗透反应材料。

2)需要设置渗透反应墙的场地开挖沟槽，然后竖向固定设置多层过滤网，然后在过滤网之间的多个间隙中分别填充碎石、天然砂、可渗透反应材料，填土掩埋即可。

对比例1

本对比例中可渗透反应层由可渗透反应材料由60重量份的石英砂和40重量份的活性炭混合而成。

对比例2

本对比例中可渗透反应层由可渗透反应材料由40重量份的石英砂和60重量份的铁粉混合而成。

试验例

取实施例1-6及对比例中的可渗透反应材料按照如下方式进行试验。

利用蒸馏水和重铬酸钾配置而成的模拟污染地下水，其中Cr(Ⅵ)的质量溶度为100mg/L，模拟污染地下水的pH＝6.2～6.8，接近实际地下水的pH值。

试验采用渗透试验装置进行，渗透试验装置包括马氏瓶，马氏瓶的出水口通过橡胶管连接有有机玻璃管(管长500mm，内径50mm)，有机玻管竖直设置，上下两端用橡胶塞密封，与马氏瓶相连的橡胶管通过短玻璃管穿设在下端的橡胶塞中。有机玻璃管上端穿设有短玻璃管，并通过橡胶管连接一量筒。马氏瓶底部的高度高于有机玻璃管上端出水口的高度，马氏瓶瓶口的塞子上穿设有竖直设置的长玻璃管，长玻璃管下端开口的高度同样也高于有机玻璃管上端出水口的高度。有机玻璃管两端的橡胶塞内垫设有过滤网，两端的过滤网之间依次填设有石英砂层、可渗透反应材料层、石英砂层。

马氏瓶内装有模拟污染地下水，瓶中长玻璃管下端开口与有机玻璃管上端出水口之间保持固定的水头差Δh，水的渗流速度控制于60～80cm/d之间。每天在出水口进行取样，检测分析Cr(Ⅵ)含量、pH值。运行一周后的测量结果如下表所示。

表1模拟污染地下水渗透试验结果

由上表可知，本发明的可渗透反应材料对Cr(Ⅵ)污染的降解效果非常好，去除率可达99％以上，用作可渗透反应墙时，能够很好地控制污染地下水的迁移，对污染场地具有较好的治理效果。

Claims (10)

1.一种地下污染物迁移控制用渗透反应墙，包括可渗透反应层，其特征在于：所述可渗透反应层主要由如下重量份数的原料制成：石英砂20-40份、活性炭20-40份、铁粉25-60份；所述石英砂的粒度为32-100目；所述铁粉的粒径为0.050-10μm；所述活性炭的粒径为0.9-2.2mm。

2.根据权利要求1所述的地下污染物迁移控制用渗透反应墙，其特征在于：所述原料还包括8-20重量份的填料，所述填料为膨润土、珍珠岩、硅镁土中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的地下污染物迁移控制用渗透反应墙，其特征在于：所述填料由质量比为（1-1.5）:（5-8）:（3-5）的膨润土、珍珠岩、硅镁土组成。

4.根据权利要求1所述的地下污染物迁移控制用渗透反应墙，其特征在于：所述原料还包括3-8重量份的石灰和10-15重量份的石膏。

5.根据权利要求1所述的地下污染物迁移控制用渗透反应墙，其特征在于：所述原料还包括5-10重量份的沸石。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的地下污染物迁移控制用渗透反应墙，其特征在于：所述原料还包括10-15重量份的高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚丙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、乙烯醋酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的地下污染物迁移控制用渗透反应墙，其特征在于：所述高分子聚合物包括均聚材料和共聚材料，所述均聚材料为聚丙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷中的至少一种，所述共聚材料为乙烯醋酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的地下污染物迁移控制用渗透反应墙，其特征在于：所述原料还包括15-20重量份的增强金属，所述增强金属为铝粉、镁粉、锌粉中的至少一种。

9.一种采用权利要求1所述的地下污染物迁移控制用渗透反应墙的地下污染物迁移控制治理方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将活性炭与铁粉混合均匀后，加入石英砂混合均匀，制得可渗透反应材料；

2）在待治理场地开挖沟槽，在沟槽中填充可渗透反应材料，形成渗透反应墙。

10.根据权利要求9所述的地下污染物迁移控制治理方法，其特征在于：步骤1）中将活性炭与铁粉混合均匀后，加入生石灰、石膏、水混合均匀制得颗粒状材料，然后将颗粒状材料与石英砂混合均匀，制得可渗透反应材料。