污染場地修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污染場地修復(fù)方法，屬于污染場地的處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到用納米零價(jià)鐵還原法對(duì)污染土壤和污染場地進(jìn)行修復(fù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染問題的日益加重，土壤修復(fù)行業(yè)將首先需要解決大量的污染場地的修復(fù)問題，以解決目前的快速城鎮(zhèn)化發(fā)展規(guī)劃中所面臨的城區(qū)土地緊缺問題。
[0003]針對(duì)不同的污染物，常見的污染場地修復(fù)技術(shù)有化學(xué)氧化/還原方法、生物氧化/還原法以及物理方法(如抽出-治理)，但是這些方法或存在成本高、對(duì)環(huán)境影響大或存在微生物馴化困難、生物利用率低、污染物濃度反彈快等問題，難以高效、安全、環(huán)保地消除污染物。近年來，利用納米技術(shù)解決環(huán)境問題已被證明是一條有效的新途徑。當(dāng)材料被制備成納米顆粒時(shí)，其在性質(zhì)上表現(xiàn)出與常規(guī)材料顯著的差異:當(dāng)金屬鐵呈納米尺度時(shí)，鐵呈現(xiàn)出粒徑小、比表面積大、表面能高、還原性強(qiáng)等特點(diǎn)，在常溫常壓下即可分解有機(jī)污染物、還原重金屬離子、殺滅細(xì)菌等，而自身則轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無害的二價(jià)或三價(jià)鐵離子。納米零價(jià)鐵(nanoscale zero valent iron, NZVI)的這些特性使得其在地下水和土壤修復(fù)以及工業(yè)污水治理等領(lǐng)域具有極廣闊的應(yīng)用潛力。目前NZVI商業(yè)化產(chǎn)品主要是采用高溫氫氣還原鐵基氫氧化物、物理研磨以及化學(xué)還原等方法制備，但由這些常規(guī)方法制備的NZVI顆粒具有很強(qiáng)的磁性，使得NZVI顆粒極易聚團(tuán)，極大地減弱NZVI顆粒的反應(yīng)活性。
[0004]在文獻(xiàn)((Characterizat1n and Reactivity of Iron Nanoparticles preparedwith added Cu, Pd, and N1.Environmental Science & Technology 44 (13)，7》中介紹了一種用以改進(jìn)納米零價(jià)鐵反應(yīng)活性的包覆型納米零價(jià)鐵:在納米零價(jià)鐵表面包覆一層貴金屬元素，如Pd、N1、Cu等。其原理是表面的貴金屬包覆層可以加速核殼結(jié)構(gòu)的納米零價(jià)鐵顆粒的核內(nèi)有效納米零價(jià)鐵(Fe°)與污染物分子間的電子傳遞，可以提高納米零價(jià)鐵的活性，因而，可以提高場地修復(fù)效果。但當(dāng)向地下注射金屬包覆型納米零價(jià)鐵顆粒以后，納米零價(jià)鐵在反應(yīng)一定時(shí)間后會(huì)老化至有效的納米零價(jià)鐵近乎全部被消耗完，失去反應(yīng)活性，此時(shí)，即使存在有效的納米零價(jià)鐵，其與殘留污染物的反應(yīng)速率將降低，原因在于，經(jīng)過前期反應(yīng)，污染物已被大量消除，殘留污染物濃度降低，在此情況下，污染物與納米零價(jià)鐵之間的傳質(zhì)效率降低。要修復(fù)殘余的污染物，需要注入更大量的納米零價(jià)鐵，不但會(huì)增加成本，還需更長的修復(fù)期。因此，采用納米零價(jià)鐵技術(shù)修復(fù)污染場地的后期，其技術(shù)的有效性降低，不易于獲得徹底的修復(fù)效果，特別是針對(duì)污染場地中的污染物濃度不是特別高的情況下，其技術(shù)有效性會(huì)受到限制。同時(shí)，
伴隨納米零價(jià)鐵一起被注入地下的貴金屬會(huì)分散于地下含水層中，在納米零價(jià)鐵消耗殆盡后就失去了作用，造成了資源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種污染場地修復(fù)方法，該方法可以克服納米零價(jià)鐵技術(shù)修復(fù)污染場地后期的技術(shù)有效性的受限問題，可以獲得快速、徹底的修復(fù)效果。
[0006]本發(fā)明的方案是:向污染場地地下注射金屬包覆型納米零價(jià)鐵顆粒懸浮液，在用納米零價(jià)鐵顆粒修復(fù)的后期(待有效Fetl消耗殆盡時(shí))，沿納米零價(jià)鐵懸浮液注射井向污染場地地下注射分散有H2微納米氣泡的載液。
[0007]發(fā)明的效果:本發(fā)明在場地修復(fù)初期，利用納米零價(jià)鐵的高活性對(duì)高濃度污染物修復(fù)效率高的特點(diǎn)，使得大量污染物被快速消除，當(dāng)修復(fù)后期金屬包覆納米零價(jià)鐵消耗殆盡而失去活性時(shí)，注入的H2微納米氣泡因殘留的包覆貴金屬的催化作用而被激活了形成H原子，活性H原子對(duì)后期低濃度的污染物進(jìn)行快速、徹底的修復(fù)，從而明顯改進(jìn)了地下場地修復(fù)的徹底性，其原因是活性H原子可在污染場地的地下快速傳遞，減少了與低濃度污染物間的傳質(zhì)過程。因此，本發(fā)明利用了修復(fù)后期分散于地下的余留的貴金屬的催化作用，在H2微納米氣泡的參與下，能達(dá)到快速、徹底的修復(fù)污染場地的目的，同時(shí)又大大降低了貴重的金屬包覆型納米零價(jià)鐵的消耗量。
[0008]在本發(fā)明的方案中，一般情況下，所用的分散有4微納米氣泡的載液為脫氧后的分散有H2微納米氣泡的水。這種方法具有操作簡單，成本低廉，高效快捷等特點(diǎn)。
[0009]但是，選用分散有H2微納米氣泡的載液的種類取決于地下殘余污染物的濃度和種類是否可以作為微生物生長的碳源，如果地下殘余污染物的濃度和種類不可以或不足以作為微生物生長的碳源，則分散有H2微納米氣泡的載液中需要添加含有碳的一些有機(jī)物質(zhì)，如乙醇，二乙醇，丙酮等。所以這時(shí)所選用的載液為分散有H2微納米氣泡的含碳有機(jī)物質(zhì)的液體。
[0010]以下結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)一步說明發(fā)明的具體實(shí)時(shí)方式和細(xì)節(jié)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
發(fā)明按以下方式實(shí)施:
1)選擇受污染的待修復(fù)場地，取樣檢測污染物種類及污染程度為:氯代烴類污染物(三氯乙烯和四氯乙烯)，主要以殘留相存在，污染物總質(zhì)量在80 kg-210 kg，污染面積為1000 m2，污染深度為地下10米以上區(qū)域，地下水中的污染物的平均總濃度達(dá)到896 ug/L ;
2)向地下注射鈀包覆型納米零價(jià)鐵顆粒懸浮液:在上述污染場地中設(shè)置22個(gè)深度為10米的注射井以及20個(gè)監(jiān)測井，總共向地下注射入3000 L濃度為8 g/L的鈀(Pd)包覆的納米零價(jià)鐵顆粒懸濁液，Pd的含量是納米零價(jià)鐵質(zhì)量的0.5% ;
3)定期從監(jiān)測井中取水樣檢測有效的Fetl存在量；
4)采用微納米氣泡產(chǎn)生儀制備分散在脫氧水中的4微納米氣泡的水，采用的是受壓氣流通纖細(xì)的噴頭的方式產(chǎn)生H2微納米氣泡，H2在水體中的濃度為44 mg/L，112微納米氣泡的濃度沒有直接檢測，而是通過檢測載液的氧化還原電位表征4微納米氣泡載液的水化學(xué)環(huán)境的特征，還原電位由沒有通H2前的O mV降低到-78 mV;
5)當(dāng)Fetl消耗殆盡時(shí)，向金屬包覆型納米零價(jià)鐵顆粒懸浮液的注射井中注射脫氧后的分散有4微納米氣泡的水，注射量3000 L，注射速率為每個(gè)注射井6 L/小時(shí)；
6)定期取樣檢測污染物殘留情況:注射完H2微納米氣泡載液后，定期(12小時(shí))從檢測井中取水樣，分析水體中三氯乙烯、四氯乙烯以及其代謝產(chǎn)物二氯乙烯和氯乙烯的濃度變化。結(jié)果顯示在4微納米氣泡注射完后的60小時(shí)內(nèi)上述各種氯烯烴的濃度都得到了明顯的降低，如四氯乙烯在地下水中的濃度由注射4微納米氣泡前的63 ug/L降低到了 4 ug/L，三氯乙稀的濃度由45 ug/L降低到了 3 ug/L，二氯乙稀的濃度由48 ug/L降低到了 3 ug/L，氯乙稀的濃度由46 ug/L降低到了 4 ug/L。
[0012]實(shí)施例2
發(fā)明按以下方式實(shí)施:
1)選擇受污染的待修復(fù)場地，取樣檢測污染物種類及污染程度為:Cr6+污染物，污染物總質(zhì)量在35-70 kg，污染面積為600 m2，污染深度為地下7米以上區(qū)域，地下水中的污染物的平均濃度達(dá)到219 ug/L ；
2)向地下注射金屬鈀(Pd)包覆型納米零價(jià)鐵顆粒懸浮液:在上述污染場地中設(shè)置14個(gè)深度為7米的注射井以及14個(gè)監(jiān)測井，總共向地下注射入1000 L濃度為9 g/L的Pd包覆的納米零價(jià)鐵顆粒懸濁液，Pd含量是納米零價(jià)鐵質(zhì)量的0.5% ；
3)定期檢測有效的Fetl存在量；從監(jiān)測井中取水樣檢測有效Fe°的量；
4)采用微納米氣泡產(chǎn)生儀制備分散有4微納米氣泡的乙醇載液，載液組成80%乙醇，20%水(體積比)，采用的是受壓氣流通纖細(xì)的噴頭的方式產(chǎn)生H2微納米氣泡，H2在水體中的濃度為44 mg/L，H2微納米氣泡的濃度沒有直接檢測，而是通過檢測載液的氧化還原電位，還原電位由沒有通H2前的O mV降低到-78 mV ；
5)當(dāng)Fetl消耗殆盡時(shí)，向金屬包覆型納米零價(jià)鐵顆粒懸浮液的注射井中注射脫氧后的分散有4微納米氣泡的水，注射量:1000 L，注射速率為每個(gè)注射井6 L/小時(shí)；
6)期取樣檢測污染物殘留情況:注射完H2微納米氣泡載液后，定期(12小時(shí))從檢測井中取水樣，分析水體中Cr6+的濃度，結(jié)果顯示在H 2微納米氣泡注射完后的60小時(shí)內(nèi)Cr 6+的濃度由注射前的48 ug/L降低到了 4 ug/L。
[0013]根據(jù)實(shí)施情況可以顯示，本發(fā)明在污染場地使用金屬包覆型納米零價(jià)鐵顆粒進(jìn)行修復(fù)的后期(待有效Fetl消耗盡時(shí))，沿納米零價(jià)鐵懸浮液注射井向污染場地地下注射分散有H2微納米氣泡的載液。本發(fā)明在初期修復(fù)中首先利用了金屬包覆型納米零價(jià)鐵的高活性對(duì)高濃度污染物的快速修復(fù)作用，當(dāng)修復(fù)后期金屬包覆納米零價(jià)鐵消耗殆盡而失去活性時(shí)，注入的4微納米氣泡巧妙地利用了其殘留的包覆貴金屬的催化作用，激活了的H原子對(duì)后期低濃度的污染物進(jìn)行快速、徹底的修復(fù)，明顯改進(jìn)了地下場地修復(fù)的徹底性。特別是根據(jù)地下污染物的種類和含量選用不同的載液，更可明顯提高污染物消失的速度，明顯提高污染場地修復(fù)的效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.污染場地修復(fù)方法，包括向污染場地地下注射金屬包覆型納米零價(jià)鐵顆粒懸浮液進(jìn)行修復(fù)，其特征是:在向地下污染場地注射金屬包覆型納米零價(jià)鐵顆粒進(jìn)行修復(fù)的后期(待有效Fetl消耗殆盡時(shí))，沿納米零價(jià)鐵懸浮液注射井向污染場地地下注射分散有!12微納米氣泡的載液。
2.按權(quán)利要求1所述的污染場地修復(fù)方法，其特征是:所述的分散有H2微納米氣泡的載液為脫氧后的分散有H2微納米氣泡的水。
3.按權(quán)利要求1所述的污染場地修復(fù)方法，其特征是:所述的分散有H2微納米氣泡的載液為分散有H2微納米氣泡的含碳有機(jī)物質(zhì)的液體。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種污染場地修復(fù)方法，屬于污染場地的處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到用納米零價(jià)鐵還原法對(duì)污染土壤和污染場地進(jìn)行修復(fù)的方法。本發(fā)明提供的修復(fù)方法主要是通過向污染場地地下注射金屬包覆型納米零價(jià)鐵顆粒懸浮液，并在用納米零價(jià)鐵顆粒修復(fù)的后期（待有效Fe0消耗殆盡時(shí)），沿納米零價(jià)鐵懸浮液注射井向污染場地地下注射分散有H2微納米氣泡的載液。因納米零價(jià)鐵的高活性對(duì)高濃度污染物的修復(fù)效率較高，但修復(fù)后期金屬包覆納米零價(jià)鐵消耗殆盡而失去活性時(shí)，注入的H2微納米氣泡因殘留的包覆貴金屬的催化作用而被激活了形成H原子，活性H原子對(duì)后期低濃度的污染物進(jìn)行快速、徹底的修復(fù)，從而保證了污染場地修復(fù)的徹底性。
【IPC分類】B09C1-10, B09C1-08
【公開號(hào)】CN104801538
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510176774
【發(fā)明人】李靜, 劉驍勇
【申請(qǐng)人】劉驍勇
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月15日