一种地下水复合重金属污染修复材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地下水复合重金属污染修复材料，属于地下水重金属污染修复技术领域。
【背景技术】
[0002]地下水是人类赖以生存的自然资源之一。随着现代工业和农业的迅速发展，工业三废以及含重金属农药、肥料的大量施用使得地下水中重金属的污染成为影响地下水环境质量的主要因素。重金属污染及环境生态问题已经严重影响到经济的可持续发展和人类的健康，受到了各界人士的广泛关注。近年来，重金属复合污染日趋严重。为了从根本上防止重金属进入环境和食物链，必须对地下水中重金属污染进行修复，减少生物对重金属的吸收积累。地下水重金属污染修复技术主要包括物理、化学和生物修复三种，各种技术又有原位和异位之分，其中原位化学修复具有操作简单、成本低、费时短、效率高等优点而被广泛研究。
[0003]CN201410430508公开了一种新型地下水重金属污染修复材料，通过添加pH为
2.5-3的三氯化铁溶液对锯末进行改性后，使其对铬的吸附性能明显提高，用于地下水中的铬的处理；CN201310153057、CN200910272494和CN201010203313分别公开了水体除砷的方法，涉及的材料有用硫酸溶液浸泡天然含铁锰矿、金红石、含钛锰材料、含铁锰矿、锐态型纳米二氧化钛5-15kg ;椰子壳活性炭10-20kg、普通娃酸盐水泥等。上述专利仅是针对单一的重金属进行去除，而实际上地下水重金属污染多以复合污染为主，因此，上述专利不能用于处理复合重金属污染的地下水。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是，地下水被多种重金属污染而难以被一次修复，提供一种可以同时去除多种重金属的修复材料，同时不会引入新的杂质，不污染地下水；同时成本低廉，吸附效果好。
[0005]本发明的技术方案是，提供一种地下水复合重金属污染修复材料，按重量份，包括以下原料:活性炭1份、沸石1.3-2份和钢渣5-17份；将上述原料经混匀、制粒后在150-200 °C下焙烧l_5h得到所述修复材料。
[0006]进一步地，所述修复材料的原料还包括不超过2份的膨润土和不超过0.5份的纳米二氧化钛。
[0007]进一步地，所述纳米二氧化钛为锐态型纳米二氧化钛。
[0008]进一步地，所述活性炭为椰子壳活性炭。
[0009]进一步地，所述活性炭、沸石和钢渣的粒度均为60-120目。
[0010]本发明制备的地下水复合重金属污染修复材料均选自环境中普遍存在的材料，无毒无害且价格便宜。根据市场可比价格，每制备1吨本发明的吸附材料，约需成本费用人民币 250-500 元。
[0011]本发明制备的地下水复合重金属固定剂具有良好的修复效果。理论上，对于复合重金属污染较严重的地下水，要适当增加固定剂的量；而对于复合重金属污染较轻的地下水，可以减少添加量。需要说明的是，地下水复合重金属污染中，各重金属污染程度各异，因此，针对污染程度大的重金属，可以改变固定剂所用的吸附材料比例，以达到最佳修复效果。如果经过修复的污染地下水不再受到重金属污染，并且水化学性质未发生大变化，该地下水不会再发生二次污染。
[0012]本发明利用的各种材料均为常见易于得到的材料。单一的材料在去除重金属时存在去除能力不高，或者仅能去除一种或一类重金属、或者单个成分材料的物理化学性质不适合实际应用等缺点。因此有必要将不同的材料组合起来，同时进行优化配比和改性，利用不同材料的协同作用从而实现对多种重金属污染地下水的修复。在采样的吸附材料中，各吸附材料针对不同重金属吸附能力和机理各有不同:
钢渣对砷、铅、锌、镉都具有很强的吸附固定能力。一方面其中的铁锰氧化物可以将三价砷氧化成五价砷，另一方面，钢渣具有碱性并且具有较大表面积，表面位点多，对多种重金属同时具有很强表面吸附固定能力，其缺点是物理性质不良不适合实际应用。
[0013]纳米二氧化钛对砷的直接氧化作用也很强。其表面电荷高、比表面积大，具有丰富的活性吸附位点，对五价砷的吸附效果较好。而对于Cd2+、Pb2+、Zn2+等重金属离子，也具有较强的表面和层间吸附能力，也是重金属吸附固定材料，但其缺点是价格高昂。
[0014]沸石的三维结构使得其具有很大的空隙；其次，四面体中Al3+取代Si 4+又可产生局部带负电荷；Na、Ca、K等带正电荷的可交换离子往往占据结构中的空隙，沸石中位于通道内的阳离子Na和Ca等与S1-Al骨干联系力较弱，可被其他阳离子置换而不破坏品格。因此，经过处理的沸石对于镉、铅、铜、锌等重金属阳离子可以将这些带正电荷的可交换离子替代，从而达到去除重金属的作用。
[0015]蒙脱石是膨润土的主要矿物成分，蒙脱石八面体层中发生的类质同象，可增强结构单元层之间的联系程度而不易分散，对重金属离子拥有良好的交换性和选择吸附性。将蒙脱石浸入电解质溶液中被改性后，如Ca2+质蒙脱石处理成Na +质蒙脱石，其层间结合力变小而易分散、膨胀与亲水，使得阳离子易于扩散进入层间域，从而大大提高离子交换速率，因此钠基膨润土对Cd2+、Pb2+、Zn2+等重金属离子的离子交换性以及吸附量明显高于一般的膨润土，不过，蒙脱石对阴离子类型的砷等重金属离子处理效果不好。
[0016]活性炭由于具有多级、大量、有序排列的微孔，因此孔容大、孔径大，比表面积大，吸附性能强，可以有效吸附Cd2+、Pb2+、Cu2+等重金属离子。
[0017]实验表明，各种材料各有所长，充分利用不同材料的协同作用，就可以实现对复合重金属的去除修改作用。因此，在复合重金属污染的地下水中采用原位渗透反应墙技术添加一定比例的上述固定剂材料，能够有效去除各重金属。而固定剂添加越高，地下水在PRB中停留时间越长，则对地下水中重金属的去除能力越强。
[0018]本发明的有益效果是，通过混配不同材料，利用材料之间在提高重金属吸附能力、改善物理和化学性状等多种协同效应，首次实现了对多种重金属复合污染的地下水进行高效修复。因此，本发明更具有实际使用价值；本发明的固定剂所需材料常见，制备过程非常简单，将经过选用的原材料混合制备即可；本发明对地下水中复合重金属(As、Cd、Pb、Zn)固定效果明显，能够显著降低地下水重金属含量，保障生态安全；本发明适用不同程度的重金属污染地下水，可以根据实际情况让其与地下水接触不同的时间以提高去除效果，且固定剂成本低廉，经济可行。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0020]实施例1
本实施例提供一种地下水复合重金属污染修复材料，按重量份，原料由1份活性炭(100目)、2份沸石(80目)和17份钢渣(100目)组成；将上述原料经混匀、再经挤压造粒机制成约2cm球状颗粒，再在180°C下焙烧3h得到所述修复材料。
[0021]实施例2
本实施例提供一种地下水复合重金属污染修复材料，按重量份，原料由1份椰子壳活性炭(100 0 ),1.5份沸石(100目)、2份膨润土(100 0 ),0.5份纳米二氧化钛和5份钢渣(80目)组成；将上述原料经混匀、再经挤压造粒机制成约1.7cm球状颗粒，再在160°C下焙烧4h得到所述修复材料。
[0022]实施例3
本实施例提供一种地下水复合重金属污染修复材料，按重量份，原料由1份椰子壳活性炭(100目)、1.3份沸石(100目)、1.3份膨润土(100目)、0.4份纳米二氧化钛和10份钢渣(100目)组成；将上述原料经混匀、再经挤压造粒机制成约2.5cm球状颗粒，再在200°C下焙烧2h得到所述修复材料。
[0023]实施例4
分别将实施例1、2、3得到的修复材料用于模拟试验，步骤如下:称取各种修复材料样品5.00g，置于1000mL玻璃瓶中，加入500mL本底离子强度为NaCl=40mmol/L，As (III)、Pb、Zn、Cd离子浓度分别为10.00 mg/L、25mg/L、40mg/L、50mg/L和溶液，于25°C下震荡2h (转速180 r/min)，过滤，过0.46Mm滤膜。取样品液测定各重金属含量。每个样品重复3次。各实施例的测试数据较为接近，地下水砷降低了 99.8-99.9% ;镉降低了 99.5-99.8% ;铅降低了 99.2-99.5% ;锌降低了 99.2-99.8%。
[0024]实施例5
取湖南某地煤矸石填埋场地下水，测得48、卩13、211、0(1重金属浓度分别为0.135 mg/L,0.108 mg/L、0.401 mg/L、0.110 mg/L, pH6.1 ;按实施例4的试验步骤进行测试；试验结果为:地下水砷降低了 99.8-99.9% ;镉降低了 99.8-100% ;铅降低了 99.2-99.5% ;锌降低了99.5-100%ο
[0025]实施例6
取湖南某地铅锌矿填埋场地下水，测得As、Pb、Zn、Cd重金属浓度分别为0.087 mg/L,0.708 mg/L、l.201 mg/L、0.140 mg/L, pH6.4。按实施例4的试验步骤进行测试；试验结果为:地下水砷降低了 99.9%-100% ;镉降低了 99.7-100% ;铅降低了 99.5-99.7% ;锌降低了99.8-100%ο
【主权项】
1.一种地下水复合重金属污染修复材料，其特征在于，按重量份，包括以下原料: 活性炭1份、沸石1.3-2份和钢渣5-17份； 将上述原料经混匀、制粒后在150-200°C下焙烧l_5h得到所述修复材料。2.如权利要求1所述的修复材料，其特征在于，所述修复材料的原料还包括不超过2份的膨润土和不超过0.5份的纳米二氧化钛。3.如权利要求2所述的修复材料，其特征在于，所述纳米二氧化钛为锐态型纳米二氧化钛。4.如权利要求1所述的修复材料，其特征在于，所述活性炭为椰子壳活性炭。5.如权利要求1所述的修复材料，其特征在于，所述活性炭、沸石和钢渣的粒度均为60-120 目。
【专利摘要】本发明公开了一种地下水复合重金属污染修复材料，按重量份，包括以下原料：活性炭1份、沸石1.3-2份和钢渣5-17份；将上述原料经混匀、制粒后在150-200℃下焙烧1-5h得到所述修复材料。本发明通过混配不同材料，利用材料之间在提高重金属吸附能力、改善物理和化学性状等多种协同效应，实现了对多种重金属复合污染的地下水进行高效修复；本发明对地下水中复合重金属固定效果明显，能够显著降低地下水重金属含量，保障生态安全；本发明适用不同程度的重金属污染地下水，可以根据实际情况让其与地下水接触不同的时间以提高去除效果，且固定剂成本低廉，经济可行。
【IPC分类】C02F103/06, B01J20/30, C02F1/28, B01J20/20, C02F101/20
【公开号】CN105251446
【申请号】CN201510764403
【发明人】郭沨, 杜成琼, 童纯清, 涂书新, 沈前
【申请人】中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司, 湖南中南水务环保科技有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月11日