CN211339116U - 一种渗透反应墙 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种渗透反应墙，包括沿地下水流向依次设置的第一石英砂层、第一氯化锌改性锯末层、零价铁层、第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层，第一石英砂层和第一氯化锌改性锯末层之间的间隙构成第一含水层，第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层之间的间隙构成第二含水层。本实用新型的有益效果是：使用氯化锌改性锯末与零价铁作为PRB的活性材料，降低了使用零价铁作为PRB吸附材料的限制性，可适用的污染水体范围更广，减少了零价铁的使用量，添加改性后的锯末增加了反应墙的活性，锯末本身的吸附活性得以保持，改性后的锯末物理吸附效果更好，作用更强，增加了整个反应器的稳定性且处理成本低、节能环保。

Description

一种渗透反应墙

技术领域

本实用新型涉及受污染地下水原位修复技术领域，特别是一种渗透反应墙。

背景技术

受污染地下水修复技术一般包括抽提技术、气提技术、空气吹脱技术、生物修复技术、渗透反应墙技术、原位化学修复等。

(1)抽提处理是采用水泵将地下水抽出来，在地面得到合理的净化处理，并将处理后的水重新注入地下或排入地表水体。这种处理方式对抽取出来的水中污染物能够进行高效去除，但不能保证全部地下水尤其是岩层中的污染物得到有效去除。

(2)气提技术利用真空泵和井，在受污染区域利用负压诱导或正压产生气流，将吸附态、溶解态或自由相的污染物转变为气相，抽提到地面，然后再进行收集和处理。典型的气提***包括抽提井、真空泵、湿度分离装置、气体收集装置、气体净化处理装置和附属设备等。

(3)空气吹脱是在一定的压力条件下，将压缩空气注入受污染区域，将溶解在地下水中的挥发性化合物，吸附在土颗粒表面上的化合物，以及阻塞在土壤空隙中的化合物驱赶出来。空气吹脱包括三个过程：①现场空气吹脱；②挥发性有机物的挥发；③有机物的好氧生物降解。相比较而言，吹脱和挥发作用进行较快，而生物降解进程缓慢。在实际应用中，通常将空气吹脱技术与气提技术组合，得到单一技术无法达到的效果。

(4)生物修复技术利用微生物降解地下水中污染物，并将其最终转化为无机物质的技术，分为原位强化生物修复法和生物反应器法。原位强化生物修复是在污染土壤不被搅动情况下，在原位和易残留部位之间进行处理。这个***主要是将抽提地下水***和回注***(注入空气或H2O2、营养物和已驯化的微生物)结合起来，来强化有机污染物的生物降解。而生物反应器的处理方法是强化生物修复方法的改进，就是将地下水抽提到地上部分用生物反应器加以处理的过程。近年来，生物反应器的种类得到了较大的发展。连泵式生物反应器、连续循环升流床反应器、泥浆生物反应器等在修复污染的地下水方面已初见成效。

(5)渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier，PRB)技术是近年来迅速发展的适用于地下水污染的原位修复技术，又称为活性渗滤墙。它是在污染物区域下游设置具有高渗透性的活性材料墙体，使得污染羽中的污染物被截留并得到处理，地下水得到净化。美国环保局(UNEP)将PRB定义为一个填充有活性材料的被动反应区，当含有污染物的地下水在天然水力坡度下通过预先设计好的介质时，溶解的有机物、金属、核素等污染物能被降解、吸附、沉淀或去除。屏障中含有降解挥发性有机物的还原剂、固定金属的络(螯)合剂、微生物生长繁殖所需的营养物和氧气或其他物质。其中，活性材料选择是PRB修复效果良好与否的关键。零价铁是目前最常用的渗透反应墙吸附材料，但其具有成本较高且在环境中不稳定的缺点，使其在PRB技术中受到了限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种渗透反应墙，以提高稳定性、降低处理成本。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种渗透反应墙(PRB)，包括沿地下水流向依次设置的第一石英砂层、第一氯化锌改性锯末层、零价铁层、第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层，第一氯化锌改性锯末层和零价铁层之间及零价铁层和第二氯化锌改性锯末层之间均为紧邻设置，第一石英砂层和第一氯化锌改性锯末层之间及第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层之间均具有间隙，第一石英砂层和第一氯化锌改性锯末层之间的间隙构成第一含水层，第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层之间的间隙构成第二含水层。

所述的第一氯化锌改性锯末层和第二氯化锌改性锯末层内均填充氯化锌改性锯末。氯化锌改性锯末的制造方法为：将锯末破碎、洗涤、烘干，用氯化锌(ZnCl₂)溶液作改性剂，称取8g烘干后的锯末加入质量分数为50％的ZnCl₂溶液，搅拌均匀后浸泡24h；用去离子水将浸泡后的锯末洗涤至中性，抽滤后放入恒温干燥箱中，在45℃下烘干至恒重，干燥后密封保存，得到氯化锌改性锯末。

用氯化锌改性锯末层与零价铁层相结合，制作成反应器，并可根据实际污染物特征和测定现场水文地质条件参数，在实验室进行批量试验和圆柱试验，根据反映动力学参数，建立水动力学模型，根据试验参数确定PRB的结构、安装位置、方位和尺寸、使用期限、监测方案等。PRB的选址根据污染物特征、迁移方式和转化条件，当地的水文地质概况、地下水水动力参数和地球化学特性及现场微生物活性和群落等条件综合考虑。

PRB的规模包括高度、宽度和反应器的厚度，起规模的大小主要取决于污染物的三维空间分布和地下水特征。PRB设计中，确定反应墙的厚度是至关重要的环节。渗透反应墙的厚度(B)主要由地下水流速(v)和水力停留时间(t)来确定：B＝v*t。式中，v为地下水流速，cm/s；t为修复污染物所需的反应时间，即污染物羽流在反应墙的停留时间，对于混合污染物采用修复其中污染物的最长时间，s。地下水流速(v)是指地下水通过反应墙的平均流速，主要是由反应介质的孔隙率和含水层的渗透系数决定。污染物羽流在反应墙的停留时间(t)主要由污染物的半存留期和流入反应墙时的初始浓度决定。由于反应介质的孔隙率逐渐减小，地下水流速(v)一般采用最大流速值；由于现场的地下水污染物浓度分布不均匀你，基于安全长久性考虑，一般按污染物的最大浓度值计算。此外，还应该考虑到温度、反应介质密度和工程安全等因素。PRB的高度主要由不透水层或弱透水层的埋深和厚度决定。优选的，PRB的底端嵌入不透水层至少0.6m，以防止污染物羽状流发生底渗作用流向下游地区。反应墙顶端的零价铁等反应介质易腐蚀，PRB的顶端需要高于地下水最高水位。PRB的宽度主要由污染物羽状流的尺寸决定，但是考虑到地下水流向的不稳定和污染羽尺寸进一步扩大的可能，PRB的实际宽度应该适当加大，防止污染物随水流从PRB两侧漏过去。

优选的，第一石英砂层、第一氯化锌改性锯末层、零价铁层、第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层均垂直于地下水流向，以便最大限度截获污染物羽流。即，PRB一般安装在地下蓄水层，垂直于地下水流方向，防止污染羽状体扩散，随着污染地下水流经此反应设施，污染物浓度降低。

本实用新型使用新型氯化锌改性锯末材料为渗透反应墙的核心材料，并使用新型改性锯末材料与零价铁相结合的组合方式，为两层改性锯末材料中间添加零价铁层，构成反应器。锯末作为常见的生物质材料，其表面含有大量羟基(—OH)、碳氢键(C—H)、碳碳双键(C＝C)等基团，吸附的过程中存在离子交换吸附、表面络合吸附等，属于物理和化学的混合吸附类型。改性后的锯末具有更好的吸附能力，对水中的重金属能够更好的吸引聚集。流经改性锯末层后，水流入零价铁层，Fe0易被氧化，它失去电子给存在与地表下的那些具有氧化性的有毒的重金属离子，使得这些金属离子被还原，从而达到修复的目的。处理有机氯代烃时也是利用铁的还原作用，铁作为电子供体，氯代烃作为电子受体，发生氧化还原反应，使得氯代烃脱氯，提高有机物的可生化效果。渗透反应墙采用连续式反应墙结构，适用于含水层埋藏浅且污染物羽流规模较小的情况。

本实用新型具有以下优点：

降低了使用零价铁作为PRB吸附材料的限制性，可适用的污染水体范围更广，使用氯化锌改性锯末与零价铁作为PRB的活性材料，减少了零价铁的使用量，添加改性后的锯末增加了反应墙的活性，锯末本身的吸附活性得以保持，改性后的锯末物理吸附效果更好，作用更强，增加了整个反应器的稳定性且处理成本低、节能环保，可用于污染后地下水的原位修复；且锯末材料易得，制作工艺简单。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1-第一石英砂层，2-第一含水层，3-第一氯化锌改性锯末层，4-零价铁层，5-第二氯化锌改性锯末层，6-第二含水层，7-第二石英砂层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：

如图1所示，一种渗透反应墙，包括沿地下水流向依次设置的第一石英砂层、第一氯化锌改性锯末层、零价铁层、第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层，第一氯化锌改性锯末层和零价铁层之间及零价铁层和第二氯化锌改性锯末层之间均为紧邻设置，第一石英砂层和第一氯化锌改性锯末层之间及第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层之间均具有间隙，第一石英砂层和第一氯化锌改性锯末层之间的间隙构成第一含水层，第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层之间的间隙构成第二含水层。

所述的第一氯化锌改性锯末层和第二氯化锌改性锯末层内均填充氯化锌改性锯末。氯化锌改性锯末的制造方法为：将锯末破碎、洗涤、烘干，用氯化锌(ZnCl₂)溶液作改性剂，称取8g烘干后的锯末加入质量分数为50％的ZnCl₂溶液，搅拌均匀后浸泡24h；用去离子水将浸泡后的锯末洗涤至中性，抽滤后放入恒温干燥箱中，在45℃下烘干至恒重，干燥后密封保存，得到氯化锌改性锯末。

用氯化锌改性锯末层与零价铁层相结合，制作成反应器，并可根据实际污染物特征和测定现场水文地质条件参数，在实验室进行批量试验和圆柱试验，根据反映动力学参数，建立水动力学模型，根据试验参数确定PRB的结构、安装位置、方位和尺寸、使用期限、监测方案等。PRB的选址根据污染物特征、迁移方式和转化条件，当地的水文地质概况、地下水水动力参数和地球化学特性及现场微生物活性和群落等条件综合考虑。

PRB的规模包括高度、宽度和反应器的厚度，起规模的大小主要取决于污染物的三维空间分布和地下水特征。PRB设计中，确定反应墙的厚度是至关重要的环节。反应墙的厚度(B)主要由地下水流速(v)和水力停留时间(t)来确定：B＝v*t。式中，v为地下水流速，cm/s；t为修复污染物所需的反应时间，即污染物羽流在反应墙的停留时间，对于混合污染物采用修复其中污染物的最长时间，s。地下水流速(v)是指地下水通过反应墙的平均流速，主要是由反应介质的孔隙率和含水层的渗透系数决定。污染物羽流在反应墙的停留时间(t)主要由污染物的半存留期和流入反应墙时的初始浓度决定。由于反应介质的孔隙率逐渐减小，地下水流速(v)一般采用最大流速值；由于现场的地下水污染物浓度分布不均匀你，基于安全长久性考虑，一般按污染物的最大浓度值计算。此外，还应该考虑到温度、反应介质密度和工程安全等因素。PRB的高度主要由不透水层或弱透水层的埋深和厚度决定。优选的，PRB的底端嵌入不透水层至少0.6m，以防止污染物羽状流发生底渗作用流向下游地区。反应墙顶端的零价铁等反应介质易腐蚀，PRB的顶端需要高于地下水最高水位。PRB的宽度主要由污染物羽状流的尺寸决定，但是考虑到地下水流向的不稳定和污染羽尺寸进一步扩大的可能，PRB的实际宽度应该适当加大，防止污染物随水流从PRB两侧漏过去。

优选的，第一石英砂层、第一氯化锌改性锯末层、零价铁层、第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层均垂直于地下水流向，以便最大限度截获污染物羽流。即，PRB一般安装在地下蓄水层，垂直于地下水流方向，防止污染羽状体扩散，随着污染地下水流经此反应设施，污染物浓度降低。

锯末作为常见的生物质材料，其表面含有大量羟基(—OH)、碳氢键(C—H)、碳碳双键(C＝C)等基团，吸附的过程中存在离子交换吸附、表面络合吸附等，属于物理和化学的混合吸附类型。改性后的锯末具有更好的吸附能力，对水中的重金属能够更好的吸引聚集。流经改性锯末层后，水流入零价铁层，Fe0易被氧化，它失去电子给存在与地表下的那些具有氧化性的有毒的重金属离子，使得这些金属离子被还原，从而达到修复的目的。处理有机氯代烃时也是利用铁的还原作用，铁作为电子供体，氯代烃作为电子受体，发生氧化还原反应，使得氯代烃脱氯，提高有机物的可生化效果。

本实用新型使用新型氯化锌改性锯末材料为渗透反应墙的核心材料；并使用新型改性锯末材料与零价铁相结合的组合方式，为两层改性锯末材料中间添加零价铁层，构成反应器。渗透反应墙采用连续式反应墙结构，适用于含水层埋藏浅且污染物羽流规模较小的情况。

降低了使用零价铁作为PRB吸附材料的限制性，可适用的污染水体范围更广，使用氯化锌改性锯末与零价铁作为PRB的活性材料，减少了零价铁的使用量，添加改性后的锯末增加了反应墙的活性，锯末本身的吸附活性得以保持，改性后的锯末物理吸附效果更好，作用更强，增加了整个反应器的稳定性且处理成本低、节能环保，可用于污染后地下水的原位修复；且锯末材料易得，制作工艺简单。

Claims (8)

1.一种渗透反应墙，其特征在于：包括沿地下水流向依次设置的第一石英砂层、第一氯化锌改性锯末层、零价铁层、第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层，第一氯化锌改性锯末层和零价铁层之间及零价铁层和第二氯化锌改性锯末层之间均为紧邻设置，第一石英砂层和第一氯化锌改性锯末层之间及第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层之间均具有间隙，第一石英砂层和第一氯化锌改性锯末层之间的间隙构成第一含水层，第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层之间的间隙构成第二含水层。

2.根据权利要求1所述的一种渗透反应墙，其特征在于：所述的第一氯化锌改性锯末层和第二氯化锌改性锯末层内均填充氯化锌改性锯末。

3.根据权利要求1所述的一种渗透反应墙，其特征在于：渗透反应墙厚度B与地下水流速v和水力停留时间t之间的关系为B＝v*t。

4.根据权利要求3所述的一种渗透反应墙，其特征在于：所述的地下水流速v选取为地下水的最大流速值，所述的水力停留时间t选取为修复地下水中污染物的最长时间。

5.根据权利要求1所述的一种渗透反应墙，其特征在于：渗透反应墙底端嵌入不透水层的深度不小于0.6m。

6.根据权利要求1所述的一种渗透反应墙，其特征在于：渗透反应墙的顶端高于地下水最高水位。

7.根据权利要求1所述的一种渗透反应墙，其特征在于：所述的第一石英砂层、第一氯化锌改性锯末层、零价铁层、第二氯化锌改性锯末层和第二石英砂层均垂直于地下水流向。

8.根据权利要求1所述的一种渗透反应墙，其特征在于：渗透反应墙安装在地下蓄水层。

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