CN106975435B - 污泥基微孔构架捕集网墙及修复地下水重金属污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污泥基微孔构架捕集网墙及修复地下水重金属污染的方法，属于环境工程技术领域。本发明的目的是提供一种以改性污泥为基础的污泥基微孔构架捕集网墙及修复地下水重金属污染的方法，能够对地下水中的重金属污染物实现有针对目标的还原与吸附。本发明污泥基微孔构架捕集网墙，由多个立体捕集模块构成一个捕集网墙，所述的立体捕集模块由芯区与膜壁复合而成，芯区为携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球，膜壁为污泥—煤沥青炭化膜，携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球填充在污泥—煤沥青炭化膜中构成圆柱形立体捕集模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥基微孔构架捕集网墙及修复地下水重金属污染的方法，属于环境工程技术领域。
背景技术
地下水污染是关系到国民经济的重要环境问题。人类活动产生的污染物渗入地下，导致地下水水质恶化。近年来我国各地的地下水污染形势日趋严重，据统计，我国60％的地下水环境处于严重或较严重污染状况。典型的地下水污染包括：咸水入侵，硝酸盐污染，石油化工产品污染，垃圾填埋场渗漏污染。其中重金属铅、铬、镉、锰、砷、铜是主要的污染元素。目前较典型的地下水污染修复技术主要有：化学法、物理法、生物法、联合修复法。或按修复方式可分为异位修复和原位修复技术。纳米Fe(0)还原修复技术是一类典型的可供工程化应用的技术手段，近年来提高纳米Fe稳定性的方法包括采用CMC、果胶等物质实现其分散化、稳定化。也可采用吸附材料对地下水进行修复，但普遍面临着吸附材料的选择性差问题。也有在吸附材料上负载各类金属及其它活性成分的活性炭技术，但其活性中心有限，负载易脱落，易受环境影响而迅速失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种以改性污泥为基础的污泥基微孔构架捕集网墙及修复地下水重金属污染的方法，能够对地下水中的重金属污染物实现有针对目标的还原与吸附。
本发明为实现上述目的而采取的技术方案为：
一种污泥基微孔构架捕集网墙，由多个立体捕集模块构成一个捕集网墙，所述的立体捕集模块由芯区与膜壁复合而成，芯区为携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球，膜壁为污泥—煤沥青炭化膜，携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球填充在污泥—煤沥青炭化膜中构成圆柱形立体捕集模块。
本发明所述的携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球通过下述步骤制成：
(1)取脱水污泥先在105～110℃条件下加热26～30h，再在85～90℃条件下加热10～12h，而后晾干、粉碎后过45mm筛，制成脱水污泥干粉；
(2)取十二烷基硫酸钠粉末，溶解于体积为十二烷基硫酸钠粉末体积18～20倍的水中，高速搅拌，制备成泡沫；
(3)取步骤(1)的脱水污泥干粉，再取体积为脱水污泥干粉体积5～8倍的步骤(2)的泡沫于容器中，以20～30转/min的转速搅拌直至泡沫与脱水污泥干粉均质混合成混合物料；
(4)按照常规方法将步骤(3)的混合物料倒入半球状模具中，5～10h后脱模，养护15～20h，得到粗制料球坯体，再经过磨圆制成直径为15～20mm的球型坯体；
(5)在950～1050℃条件下烧结球型坯体30～45min，再冷却至室温，得到微孔构架硬质球烧结体；
(6)将步骤(5)的微孔构架硬质球烧结体浸泡于预制的纳米Fe(0)悬浊液中22～24小时，取出晾干制成携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球。
本发明所述的污泥—煤沥青炭化膜通过下述步骤制得：
(1)用有机溶剂对煤沥青进行溶解构成混合液A，其中每100～120mL有机溶剂加入100～140g煤沥青；
(2)向混合液A中添加污泥浓缩提取液，其中每100～120mL混合液A中加入80～110mL污泥浓缩提取液，构成混合包覆液；
(3)以高强度聚酯无纺布作为基层，将混合包覆液涂敷于无纺布基层上，制成厚度3.0～3.5mm的膜体；
(4)将膜体置于120～135℃环境中，保持恒温2～2.5小时后迅速降温至25℃，静置12～15小时，待膜体无粘性后制成。
本发明所述的脱水污泥为市政污水处理厂的脱水污泥，含水率65～75％，热值3000～3600kcal/kg，有机物含量45～55％。
本发明所述的纳米Fe(0)悬浊液中纳米Fe(0)浓度为0.12～0.15g/L。
本发明所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯或苯乙烯。
一种污泥基微孔构架捕集网墙修复地下水重金属污染的方法，利用本发明所述的污泥基微孔构架捕集网墙，在被重金属污染的区域进行深井钻孔，将圆柱形立体捕集模块放置于地下水流经路径位置进行修复。
本发明所述每个深井钻孔深度10～50m，钻孔直径20～40cm，钻孔组的布设方向为垂直于地下水径流方向，或布设于需要重点修复的地下水污染位置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)采用市政污水处理厂的脱水污泥作为核心功能材料，膜壁材料制备过程中采用煤沥青作为炭化膜原料，实现了污泥、煤沥青的废物利用，属于新的资源综合利用思路。
(2)采用新型微孔构架捕集网墙材料及工艺，其立体捕集材料由芯区与膜壁复合而成可拆卸的模块，一方面提高了对地下水中重金属离子进行还原、吸附的可靠性，提升了地下水中的重金属污染物的还原与吸附效率。另一方面具备简便易行的可操作性，可用于修复深度10～50m的复杂情况下的地下水污染问题。对我国地下水重金属污染防治具有现实意义。
(3)所采用的微孔构架硬质球，携带纳米Fe(0)离子，可以促进Fe(0)离子对重金属离子还原效应的稳定、持续发挥，避免Fe(0)离子由于团聚效应而快速失效。
(4)膜壁采用污泥与煤沥青炭化膜，强度稳定性高，可靠性好，不易解体，在复杂的地下水环境中耐受冲击负荷的能力强。煤沥青物质形成的包覆核壳结构扩大了球体的表面积，同时构成化学双电层结构，提高了离子穿透稳定性，提高了吸附效率。泥中的有机羧酸起到提供构造配体的作用，能够促进球体外壳形合成配位聚合物，协助形成具有稳定的刚性结构的有机分子，构筑功能型孔道结构。
(5)本发明所采用的材料均为廉价易得的材料，制备方法简便，利于推广应用，既属于环境污染治理技术，也属于一种新型材料制备技术。
(6)本发明对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的修复效果明显。对于Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)污染浓度为0.1～10mg/L的地下水，放置本发明的网墙模块后，5～10天后的Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)去除率高于93～96％。
附图说明
图1是本发明立体捕集模块的结构示意图；
图2是图1的俯视图。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示，一种污泥基微孔构架捕集网墙，由多个立体捕集模块构成一个捕集网墙，所述的立体捕集模块由芯区与膜壁复合而成，芯区为携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球2，膜壁为污泥—煤沥青炭化膜1，携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球填充在污泥—煤沥青炭化膜中构成圆柱形立体捕集模块。
本发明所述的携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球通过下述步骤制成：
(1)取脱水污泥先在105℃条件下加热26h，再在85℃条件下加热10h，而后晾干、粉碎后过45mm筛，制成脱水污泥干粉；
(2)取十二烷基硫酸钠粉末，溶解于体积为十二烷基硫酸钠粉末体积18倍的水中，高速搅拌，制备成泡沫；
(3)取步骤(1)的脱水污泥干粉，再取体积为脱水污泥干粉体积5倍的步骤(2)的泡沫于容器中，以20转/min的转速搅拌直至泡沫与脱水污泥干粉均质混合成混合物料；
(4)按照常规方法将步骤(3)的混合物料倒入半球状模具中，5h后脱模，养护15h，得到粗制料球坯体，再经过磨圆制成直径为15mm的球型坯体；
(5)在950℃条件下烧结球型坯体30min，再冷却至室温，得到微孔构架硬质球烧结体；
(6)将步骤(5)的微孔构架硬质球烧结体浸泡于预制的纳米Fe(0)悬浊液中22小时，取出晾干制成携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球。
本发明所述的污泥—煤沥青炭化膜通过下述步骤制得：
(1)用有机溶剂对煤沥青进行溶解构成混合液A，其中每100mL有机溶剂加入100g煤沥青；
(2)向混合液A中添加污泥浓缩提取液，其中每100mL混合液A中加入80mL污泥浓缩提取液，构成混合包覆液；
(3)以高强度聚酯无纺布作为基层，将混合包覆液涂敷于无纺布基层上，制成厚度3.0～3.5mm的膜体；
(4)将膜体置于120℃环境中，保持恒温2小时后迅速降温至25℃，静置12小时，待膜体无粘性后制成。
本实施例所述的脱水污泥为市政污水处理厂的脱水污泥，含水率65％，热值3000kcal/kg，有机物含量45％。
本实施例所述的纳米Fe(0)悬浊液中纳米Fe(0)浓度为0.12g/L。
本实施例所述的有机溶剂为甲苯。
实施例2
如图1和图2所示，一种污泥基微孔构架捕集网墙，由多个立体捕集模块构成一个捕集网墙，所述的立体捕集模块由芯区与膜壁复合而成，芯区为携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球2，膜壁为污泥—煤沥青炭化膜1，携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球填充在污泥—煤沥青炭化膜中构成圆柱形立体捕集模块。
本发明所述的携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球通过下述步骤制成：
(1)取脱水污泥先在110℃条件下加热30h，再在90℃条件下加热12h，而后晾干、粉碎后过45mm筛，制成脱水污泥干粉；
(2)取十二烷基硫酸钠粉末，溶解于体积为十二烷基硫酸钠粉末体积20倍的水中，高速搅拌，制备成泡沫；
(3)取步骤(1)的脱水污泥干粉，再取体积为脱水污泥干粉体积8倍的步骤(2)的泡沫于容器中，以30转/min的转速搅拌直至泡沫与脱水污泥干粉均质混合成混合物料；
(4)按照常规方法将步骤(3)的混合物料倒入半球状模具中，10h后脱模，养护20h，得到粗制料球坯体，再经过磨圆制成直径为20mm的球型坯体；
(5)在1050℃条件下烧结球型坯体45min，再冷却至室温，得到微孔构架硬质球烧结体；
(6)将步骤(5)的微孔构架硬质球烧结体浸泡于预制的纳米Fe(0)悬浊液中24小时，取出晾干制成携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球。
本发明所述的污泥—煤沥青炭化膜通过下述步骤制得：
(1)用有机溶剂对煤沥青进行溶解构成混合液A，其中每120mL有机溶剂加入140g煤沥青；
(2)向混合液A中添加污泥浓缩提取液，其中每100～120mL混合液A中加入110mL污泥浓缩提取液，构成混合包覆液；
(3)以高强度聚酯无纺布作为基层，将混合包覆液涂敷于无纺布基层上，制成厚度3.5mm的膜体；
(4)将膜体置于135℃环境中，保持恒温2.5小时后迅速降温至25℃，静置15小时，待膜体无粘性后制成。
本发明所述的脱水污泥为市政污水处理厂的脱水污泥，含水率75％，热值3600kcal/kg，有机物含量55％。
本实施例所述的纳米Fe(0)悬浊液中纳米Fe(0)浓度为0.15g/L。
本实施例所述的有机溶剂为二甲苯。
实施例3
如图1和图2所示，一种污泥基微孔构架捕集网墙，由多个立体捕集模块构成一个捕集网墙，所述的立体捕集模块由芯区与膜壁复合而成，芯区为携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球2，膜壁为污泥—煤沥青炭化膜1，携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球填充在污泥—煤沥青炭化膜中构成圆柱形立体捕集模块。
本发明所述的携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球通过下述步骤制成：
(1)取脱水污泥先在108℃条件下加热28h，再在87℃条件下加热11h，而后晾干、粉碎后过45mm筛，制成脱水污泥干粉；
(2)取十二烷基硫酸钠粉末，溶解于体积为十二烷基硫酸钠粉末体积19倍的水中，高速搅拌，制备成泡沫；
(3)取步骤(1)的脱水污泥干粉，再取体积为脱水污泥干粉体积7倍的步骤(2)的泡沫于容器中，以25转/min的转速搅拌直至泡沫与脱水污泥干粉均质混合成混合物料
(4)按照常规方法将步骤(3)的混合物料倒入半球状模具中，7h后脱模，养护18h，得到粗制料球坯体，再经过磨圆制成直径为18mm的球型坯体；
(5)在1000℃条件下烧结球型坯体40min，再冷却至室温，得到微孔构架硬质球烧结体；
(6)将步骤(5)的微孔构架硬质球烧结体浸泡于预制的纳米Fe(0)悬浊液中23小时，取出晾干制成携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球。
本发明所述的污泥—煤沥青炭化膜通过下述步骤制得：
(1)用有机溶剂对煤沥青进行溶解构成混合液A，其中每110mL有机溶剂加入120g煤沥青；
(2)向混合液A中添加污泥浓缩提取液，其中每110mL混合液A中加入100mL污泥浓缩提取液，构成混合包覆液；
(3)以高强度聚酯无纺布作为基层，将混合包覆液涂敷于无纺布基层上，制成厚度3.2mm的膜体；
(4)将膜体置于130℃环境中，保持恒温2.3小时后迅速降温至25℃，静置14小时，待膜体无粘性后制成。
本发明所述的脱水污泥为市政污水处理厂的脱水污泥，含水率70％，热值3300kcal/kg，有机物含量50％。
本实施例所述的纳米Fe(0)悬浊液中纳米Fe(0)浓度为0.13g/L。
本实施例所述的有机溶剂为苯乙烯。
实施例4
一种污泥基微孔构架捕集网墙修复地下水重金属污染的方法，利用本发明所述的污泥基微孔构架捕集网墙，在被重金属污染的区域进行深井钻孔，每个深井钻孔深度10～50m，钻孔直径20～40cm，钻孔组的布设方向为垂直于地下水径流方向，或布设于需要重点修复的地下水污染位置，将圆柱形立体捕集模块放置于地下水流经路径位置进行修复。
Claims (8)
1.一种污泥基微孔构架捕集网墙，其特征是由多个立体捕集模块构成一个捕集网墙，所述的立体捕集模块由芯区与膜壁复合而成，芯区为携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球(2)，膜壁为污泥—煤沥青炭化膜(1)，携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球填充在污泥—煤沥青炭化膜中构成圆柱形立体捕集模块。
2.根据权利要求1所述的一种污泥基微孔构架捕集网墙，其特征是所述的携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球通过下述步骤制成：
(1)取脱水污泥先在105～110℃条件下加热26～30h，再在85～90℃条件下加热10～12h，而后晾干、粉碎后过45mm筛，制成脱水污泥干粉；
(2)取十二烷基硫酸钠粉末，溶解于体积为十二烷基硫酸钠粉末体积18～20倍的水中，高速搅拌，制备成泡沫；
(3)取步骤(1)的脱水污泥干粉，再取体积为脱水污泥干粉体积5～8倍的步骤(2)的泡沫于容器中，以20～30转/min的转速搅拌直至泡沫与脱水污泥干粉均质混合成混合物料；
(4)按照常规方法将步骤(3)的混合物料倒入半球状模具中，5～10h后脱模，养护15～20h，得到粗制料球坯体，再经过磨圆制成直径为15～20mm的球型坯体；
(5)在950～1050℃条件下烧结球型坯体30～45min，再冷却至室温，得到微孔构架硬质球烧结体；
(6)将步骤(5)的微孔构架硬质球烧结体浸泡于预制的纳米Fe(0)悬浊液中22～24小时，取出晾干制成携带纳米Fe(0)的污泥基微孔构架硬质球。
3.根据权利要求1所述的一种污泥基微孔构架捕集网墙，其特征是所述的污泥—煤沥青炭化膜通过下述步骤制得：
(1)用有机溶剂对煤沥青进行溶解构成混合液A，其中每100～120mL有机溶剂加入100～140g煤沥青；
(2)向混合液A中添加污泥浓缩提取液，其中每100～120mL混合液A中加入80～110mL污泥浓缩提取液，构成混合包覆液；
(3)以高强度聚酯无纺布作为基层，将混合包覆液涂敷于无纺布基层上，制成厚度3.0～3.5mm的膜体；
(4)将膜体置于120～135℃环境中，保持恒温2～2.5小时后迅速降温至25℃，静置12～15小时，待膜体无粘性后制成。
4.根据权利要求2所述的一种污泥基微孔构架捕集网墙，其特征是所述的脱水污泥为市政污水处理厂的脱水污泥，含水率65～75％，热值3000～3600kcal/kg，有机物含量45～55％。
5.根据权利要求2所述的一种污泥基微孔构架捕集网墙，其特征是所述的纳米Fe(0)悬浊液中纳米Fe(0)浓度为0.12～0.15g/L。
6.根据权利要求3所述的一种污泥基微孔构架捕集网墙，其特征是所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯或苯乙烯。
7.一种污泥基微孔构架捕集网墙修复地下水重金属污染的方法，其特征是利用权利要求1-6中任意一项所述的污泥基微孔构架捕集网墙，在被重金属污染的区域进行深井钻孔，将圆柱形立体捕集模块放置于地下水流经路径位置进行修复。
8.根据权利要求7所述的一种污泥基微孔构架捕集网墙修复地下水重金属污染的方法，其特征是所述每个深井钻孔深度10～50m，钻孔直径20～40cm，钻孔组的布设方向为垂直于地下水径流方向，或布设于需要重点修复的地下水污染位置。
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