专利名称：一种地下水氮固定化修复滤料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于地下水原位修复的滤料及其制备方法，更具体的说是一 种地下水氮固定化修复滤料及其制备方法。
背景技术：
地下水中无机氮的主要形式为氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。前者为阳离子，后两 者为阴离子，数量上以氨氮为主。地下水无机氮污染去除技术分为生物处理技术和物化处 理技术。所谓原位修复就是利用生物处理或物化处理技术方法，无需将地下水抽出，在原来 的位置达到去除地下水污染物的目的。上世纪70年代以来，地下水有机污染控制及修复出现了可渗透反应屏障、井 内曝气和地下水曝气等多种原位修复技术。最早的原位修复文献记录出现在1975年 [Raymond R. L，Jamison V. Μ. and Hudson J. 0. 1975，Final Report on Beneficial of Bacterial Activity in Groundwater Containing Petroleum Products, Committee on Environmental Affairs, American Petroleum Institute, Washington, D. C.]对 汽油泄露的处理，通过注入空气和营养成分使地下水的含油量降低，并由此取得了专利 [Raymond, U.S. Patent 4588506]。随后在80年代原位修复在不饱和土壤地下水修复领 域形成了较为完整的技术。进入90年代后，随着地下水污染的日益严重和各项技术的突 破，原位生物修复技术开始在应用上逐渐增多。目前地下水原位修复技术普遍使用的是生物处理技术，研究内容包括微生物 种群筛选、营养物及电子供体(氧气和有机碳)输送等，极少见到关于滤料的研究。PRB (Permeable Reactive Barrier,可渗透反应屏障)技术也属于地下水原位处理之一，常用 的装填材料包括零价铁、活性炭和沸石等，其作用机理分别为提供电子受体、吸附和离子交 换。PRB所用到的每种装填材料在某个具体的修复井中一般是单独使用，未见混合使用的先 例。在实践中的问题是成分和作用机理单一，使用范围有限。本发明所涉及的滤料中也使用到活性炭和沸石。活性炭作为渗透性基料的一 种，其含量不超过10%。沸石(斜发沸石和丝光沸石)作为主要的阳离子交换基料，含量在 40-80%。由多种性能的矿物原料合成的滤料较单一物质填料的优势在于其综合性能(球形 颗粒水阻小、多种形态的氮可兼顾去除、滤料的配方可根据地下水质适当调整)。目前自来水厂滤池使用的滤料通常为活性炭、无烟煤、陶粒、石英砂等[夏琼琼， 饮用水生物强化过滤处理效能及其影响因子研究述评[J]，河海大学学报，2006]，工业污水 滤池使用的滤料还包括铁矿砂、锰矿砂、粉煤灰合成滤料、粘土合成滤料等[缪伟，复合凹 凸棒滤料去除氨氮和有机物试验研究，森林工程，2009]。这些滤料的使用是在地表工程、污 染物浓度相对较高、充分供养、滤料可反冲洗或更换的条件下。而地下水环境为低温、氮污 染物浓度低、供氧供碳不足、几乎不可更换滤料。显然地下水原位氮固定化修复的使用环境 更苛刻，对滤料的要求也更高。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对现有的地下水氮固定化修复材料及原位修复方法的缺乏，本发明提供了一种 地下水氮固定化修复滤料及其制备方法，通过本发明制备得到的滤料可以用于地下水的无 机氮污染的处理，有效的去除氮污染。2、技术方案 发明原理
天然矿物及其加工改性产物的吸附能力和离子交换能力，可满足地下水氮污染修复技 术对氮污染物滞留容纳能力的需求，同时还有价格低，无污染的环境友好优势。因而在本发 明中被大量使用。本发明中将各种原料分为(和)离子交换基料、塑性粘结矿物和高渗透性 基料三大类。阳离子交换基料用于制造对氨氮有滞留容纳能力的阳离子型滤料，阴离子交 换基料用于制造对亚硝酸盐氮和硝酸盐氮有滞留容纳能力的阴离子型滤料。塑性粘结矿物 主要起到塑性成球造粒的作用。高渗透性基料使球型滤料的内外吸附空位联通，增加滤料 的对氮污染物的滞留容纳能力。其作用机理为低浓度无机氮通过离子交换作用在滤料中被 固化，加载在滤料中的脱氮菌可持续吞噬在滤料中被固化富集的氨氮或硝态氮并气化，副 井中投加的释氧剂和碳源可维持脱氮菌的持续存活。本发明的技术方案如下
一种地下水氮固定化修复滤料，由塑性粘结矿物、渗透性基料和无机阳离子交换基料 或无机阴离子交换基料其中之一构成，其中各组分的重量含量为塑性粘结矿物10 50%、 渗透性基料1 10%、无机阳离子交换基料或无机阴离子交换基料40 80%。其中的无机阳离子交换基料为天然矿物斜发沸石、丝光沸石、蛭石或柱撑蒙脱石。 其中的无机阴离子交换基料为水滑石。塑性粘结矿物为坡屡石、高岭土或蒙脱石。所述的渗透性基料为硅藻土、膨胀珍珠岩或活性炭。一种地下水氮固定化修复滤料的制备方法，其步骤为
(1)按重量含量为塑性粘结矿物10 50%、渗透性基料1 10%、无机阳离子交换基 料或无机阴离子交换基料40 80%准备原料，将塑性粘结矿物和无机阳离子交换基料或无 机阴离子交换基料原料全部粉碎至200目备用；
(2)将渗透性基料原料粉碎至50目备用；
(3)将步骤(1)和(2)粉碎后的各种原料按比例调配，充分混合均勻，在造粒机中加水 滚动至球型，直至预期粒径；
(4)将步骤(3)得到的球型滤料在500 800°C煅烧1 4小时，得到地下水氮固定化 修复滤料。3.有益效果
本发明提供了一种地下水氮固定化修复滤料及其制备方法，本发明修复滤料采用多成 分无机原料复配，解决了阳离子、阴离子均可交换吸附，能与其他生物固化材料(碳源材料、 释氧材料)联合使用的问题。由于采用了均勻球型造粒技术，同时还具有水阻系数小，几乎 不短流无绕流等技术优势。本发明的滤料在使用时直接投加到地下水修复井中使用]。
具体实施例方式实施例1
配比70%重量比的斜发沸石，25%重量比的坡屡石，5%重量比的硅藻土粉体，斜发沸石 和坡屡石粉碎至200目，充分混合均勻，在造粒机中边加水边滚动制成粒径3mm的球型滤 料，在800°C温度下煅烧4小时，制成氨氮吸附滤料。其材料特征为BET=25m2/g，孔隙度80%， 颗粒强度55N/颗。使用该滤料对初始氨氮浓度为1. Omg/1的地下水，经历1小时平衡吸附 后，投料比为1 :20 (滤料水)，氨氮去除率达到12. 5%。实施例2
配比80%重量比的丝光沸石，19%重量比的高岭土，1%重量比的活性炭粉体，丝光沸 石和高岭土粉碎至200目，充分混合均勻，在造粒机中边加水边滚动制成粒径3mm的球型 滤料，在500°C温度和还原气氛保护下煅烧2小时，制成氨氮吸附滤料。其材料特征为BET 42m2/g,孔隙度93%，颗粒强度41N/颗。使用该滤料对氨氮初始浓度为1. Omg/1的地下水， 经历1小时平衡吸附后，投料比为1 :20 (滤料水)，氨氮去除率达到31%。实施例3
配比80%重量比的水滑石，10%重量比的蒙脱石，10%重量比的硅藻土，充分混合均勻， 在造粒机中边加水边滚动制成粒径3mm的球型滤料，在800°C温度下煅烧1小时，制成硝态 氮吸附滤料。其材料特征为BET 76m2/g，孔隙度42%，颗粒强度61N/颗。使用该滤料对硝 态氮初始浓度为1. Omg/1的地下水，经历1小时平衡吸附后，投料比为1 :20 (滤料水)，硝 态氮去除率达到53%。实施例4
配比40%重量比的斜发沸石，50%重量比的坡屡石，10%重量比的活性炭，斜发沸石和坡 屡石粉碎至200目，充分混合均勻，在造粒机中边加水边滚动制成粒径3mm的球型滤料，在 600°C温度和还原气氛保护下煅烧1小时，制成氮吸附滤料。其材料特征为BET=95m2/g，孔 隙度94%，颗粒强度25N/颗。使用该滤料对初始氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐浓度分别为1. Omg/ 1、0. 5 mg/1和0. 8 mg/1的人工配置地下水，经历1小时平衡吸附后，投料比为1 :20(滤料 水)，氨氮去除率达到22. 5%，亚硝酸盐和硝酸盐去除率分别达到31%和26%。
权利要求
1.一种地下水氮固定化修复滤料，其特征是由塑性粘结矿物、渗透性基料和无机阳离 子交换基料或无机阴离子交换基料其中之一构成，其中各组分的重量含量为塑性粘结矿 物10 50%、渗透性基料1 10%、无机阳离子交换基料或无机阴离子交换基料40 80%。
2.根据权利要求1所述的滤料，其特征在于其中的无机阳离子交换基料为天然矿物斜 发沸石、丝光沸石、蛭石或柱撑蒙脱石。
3.根据权利要求2所述的滤料，其特征在于其中的无机阴离子交换基料为水滑石。
4.根据权利要求3所述的滤料，其特征在于其中的塑性粘结矿物为坡屡石、高岭土或 蒙脱石。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的滤料，其特征在于其中的渗透性基料为硅藻土、 膨胀珍珠岩或活性炭。
6.一种地下水氮固定化修复滤料的制备方法，其步骤为(1)按重量含量为塑性粘结矿物10 50%、渗透性基料1 10%、无机阳离子交换基 料或无机阴离子交换基料40 80%准备原料，将塑性粘结矿物和无机阳离子交换基料或无 机阴离子交换基料原料全部粉碎至200目备用；(2)将渗透性基料原料粉碎至50目备用；(3)将步骤(1)和(2)粉碎后的各种原料按比例调配，充分混合均勻，在造粒机中加水 滚动至球型，直至预期粒径；(4)将步骤(3)得到的球型滤料在500 800°C煅烧1 4小时，得到地下水氮固定化 修复滤料。
全文摘要
本发明公开了一种地下水氮固定化修复滤料及其制备方法，属于地下水修复领域。该滤料由塑性粘结矿物、渗透性基料和无机阳离子交换基料或无机阴离子交换基料其中之一构成，其中各组分的重量含量为塑性粘结矿物10～50%、渗透性基料1～10%、无机阳离子交换基料或无机阴离子交换基料40～80%。其制备方法为按重量准备准备原料，将塑性粘结矿物和无机阳离子交换基料或无机阴离子交换基料原料全部粉碎至200目备用；将渗透性基料原料粉碎至50目备用；将粉碎后的原料充分混合后造粒滚动至球型；将得到的球型滤料煅烧。本发明修复滤料能与其他生物固化材料联合使用，同时还具有水阻系数小，几乎不短流无绕流等技术优势。
文档编号C02F1/42GK102107930SQ20111000139
公开日2011年6月29日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者孙翰, 尹琳, 朱晓明, 毛韵喆, 阮晓红 申请人:南京大学