專利名稱：一種地下水氮固定化修復(fù)濾料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于地下水原位修復(fù)的濾料及其制備方法，更具體的說是一 種地下水氮固定化修復(fù)濾料及其制備方法。
背景技術(shù)：
地下水中無機氮的主要形式為氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。前者為陽離子，后兩 者為陰離子，數(shù)量上以氨氮為主。地下水無機氮污染去除技術(shù)分為生物處理技術(shù)和物化處 理技術(shù)。所謂原位修復(fù)就是利用生物處理或物化處理技術(shù)方法，無需將地下水抽出，在原來 的位置達到去除地下水污染物的目的。上世紀70年代以來，地下水有機污染控制及修復(fù)出現(xiàn)了可滲透反應(yīng)屏障、井 內(nèi)曝氣和地下水曝氣等多種原位修復(fù)技術(shù)。最早的原位修復(fù)文獻記錄出現(xiàn)在1975年 [Raymond R. L，Jamison V. Μ. and Hudson J. 0. 1975，F(xiàn)inal Report on Beneficial of Bacterial Activity in Groundwater Containing Petroleum Products, Committee on Environmental Affairs, American Petroleum Institute, Washington, D. C.]對 汽油泄露的處理，通過注入空氣和營養(yǎng)成分使地下水的含油量降低，并由此取得了專利 [Raymond, U.S. Patent 4588506]。隨后在80年代原位修復(fù)在不飽和土壤地下水修復(fù)領(lǐng) 域形成了較為完整的技術(shù)。進入90年代后，隨著地下水污染的日益嚴重和各項技術(shù)的突 破，原位生物修復(fù)技術(shù)開始在應(yīng)用上逐漸增多。目前地下水原位修復(fù)技術(shù)普遍使用的是生物處理技術(shù)，研究內(nèi)容包括微生物 種群篩選、營養(yǎng)物及電子供體(氧氣和有機碳)輸送等，極少見到關(guān)于濾料的研究。PRB (Permeable Reactive Barrier,可滲透反應(yīng)屏障)技術(shù)也屬于地下水原位處理之一，常用 的裝填材料包括零價鐵、活性炭和沸石等，其作用機理分別為提供電子受體、吸附和離子交 換。PRB所用到的每種裝填材料在某個具體的修復(fù)井中一般是單獨使用，未見混合使用的先 例。在實踐中的問題是成分和作用機理單一，使用范圍有限。本發(fā)明所涉及的濾料中也使用到活性炭和沸石?；钚蕴孔鳛闈B透性基料的一 種，其含量不超過10%。沸石(斜發(fā)沸石和絲光沸石)作為主要的陽離子交換基料，含量在 40-80%。由多種性能的礦物原料合成的濾料較單一物質(zhì)填料的優(yōu)勢在于其綜合性能(球形 顆粒水阻小、多種形態(tài)的氮可兼顧去除、濾料的配方可根據(jù)地下水質(zhì)適當調(diào)整)。目前自來水廠濾池使用的濾料通常為活性炭、無煙煤、陶粒、石英砂等[夏瓊瓊， 飲用水生物強化過濾處理效能及其影響因子研究述評[J]，河海大學學報，2006]，工業(yè)污水 濾池使用的濾料還包括鐵礦砂、錳礦砂、粉煤灰合成濾料、粘土合成濾料等[繆偉，復(fù)合凹 凸棒濾料去除氨氮和有機物試驗研究，森林工程，2009]。這些濾料的使用是在地表工程、污 染物濃度相對較高、充分供養(yǎng)、濾料可反沖洗或更換的條件下。而地下水環(huán)境為低溫、氮污 染物濃度低、供氧供碳不足、幾乎不可更換濾料。顯然地下水原位氮固定化修復(fù)的使用環(huán)境 更苛刻，對濾料的要求也更高。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明要解決的技術(shù)問題
針對現(xiàn)有的地下水氮固定化修復(fù)材料及原位修復(fù)方法的缺乏，本發(fā)明提供了一種 地下水氮固定化修復(fù)濾料及其制備方法，通過本發(fā)明制備得到的濾料可以用于地下水的無 機氮污染的處理，有效的去除氮污染。2、技術(shù)方案 發(fā)明原理
天然礦物及其加工改性產(chǎn)物的吸附能力和離子交換能力，可滿足地下水氮污染修復(fù)技 術(shù)對氮污染物滯留容納能力的需求，同時還有價格低，無污染的環(huán)境友好優(yōu)勢。因而在本發(fā) 明中被大量使用。本發(fā)明中將各種原料分為(和)離子交換基料、塑性粘結(jié)礦物和高滲透性 基料三大類。陽離子交換基料用于制造對氨氮有滯留容納能力的陽離子型濾料，陰離子交 換基料用于制造對亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮有滯留容納能力的陰離子型濾料。塑性粘結(jié)礦物 主要起到塑性成球造粒的作用。高滲透性基料使球型濾料的內(nèi)外吸附空位聯(lián)通，增加濾料 的對氮污染物的滯留容納能力。其作用機理為低濃度無機氮通過離子交換作用在濾料中被 固化，加載在濾料中的脫氮菌可持續(xù)吞噬在濾料中被固化富集的氨氮或硝態(tài)氮并氣化，副 井中投加的釋氧劑和碳源可維持脫氮菌的持續(xù)存活。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種地下水氮固定化修復(fù)濾料，由塑性粘結(jié)礦物、滲透性基料和無機陽離子交換基料 或無機陰離子交換基料其中之一構(gòu)成，其中各組分的重量含量為塑性粘結(jié)礦物10 50%、 滲透性基料1 10%、無機陽離子交換基料或無機陰離子交換基料40 80%。其中的無機陽離子交換基料為天然礦物斜發(fā)沸石、絲光沸石、蛭石或柱撐蒙脫石。 其中的無機陰離子交換基料為水滑石。塑性粘結(jié)礦物為坡屢石、高嶺土或蒙脫石。所述的滲透性基料為硅藻土、膨脹珍珠巖或活性炭。一種地下水氮固定化修復(fù)濾料的制備方法，其步驟為
(1)按重量含量為塑性粘結(jié)礦物10 50%、滲透性基料1 10%、無機陽離子交換基 料或無機陰離子交換基料40 80%準備原料，將塑性粘結(jié)礦物和無機陽離子交換基料或無 機陰離子交換基料原料全部粉碎至200目備用；
(2)將滲透性基料原料粉碎至50目備用；
(3)將步驟(1)和(2)粉碎后的各種原料按比例調(diào)配，充分混合均勻，在造粒機中加水 滾動至球型，直至預(yù)期粒徑；
(4)將步驟(3)得到的球型濾料在500 800°C煅燒1 4小時，得到地下水氮固定化 修復(fù)濾料。3.有益效果
本發(fā)明提供了一種地下水氮固定化修復(fù)濾料及其制備方法，本發(fā)明修復(fù)濾料采用多成 分無機原料復(fù)配，解決了陽離子、陰離子均可交換吸附，能與其他生物固化材料(碳源材料、 釋氧材料)聯(lián)合使用的問題。由于采用了均勻球型造粒技術(shù)，同時還具有水阻系數(shù)小，幾乎 不短流無繞流等技術(shù)優(yōu)勢。本發(fā)明的濾料在使用時直接投加到地下水修復(fù)井中使用]。
具體實施例方式實施例1
配比70%重量比的斜發(fā)沸石，25%重量比的坡屢石，5%重量比的硅藻土粉體，斜發(fā)沸石 和坡屢石粉碎至200目，充分混合均勻，在造粒機中邊加水邊滾動制成粒徑3mm的球型濾 料，在800°C溫度下煅燒4小時，制成氨氮吸附濾料。其材料特征為BET=25m2/g，孔隙度80%， 顆粒強度55N/顆。使用該濾料對初始氨氮濃度為1. Omg/1的地下水，經(jīng)歷1小時平衡吸附 后，投料比為1 :20 (濾料水)，氨氮去除率達到12. 5%。實施例2
配比80%重量比的絲光沸石，19%重量比的高嶺土，1%重量比的活性炭粉體，絲光沸 石和高嶺土粉碎至200目，充分混合均勻，在造粒機中邊加水邊滾動制成粒徑3mm的球型 濾料，在500°C溫度和還原氣氛保護下煅燒2小時，制成氨氮吸附濾料。其材料特征為BET 42m2/g,孔隙度93%，顆粒強度41N/顆。使用該濾料對氨氮初始濃度為1. Omg/1的地下水， 經(jīng)歷1小時平衡吸附后，投料比為1 :20 (濾料水)，氨氮去除率達到31%。實施例3
配比80%重量比的水滑石，10%重量比的蒙脫石，10%重量比的硅藻土，充分混合均勻， 在造粒機中邊加水邊滾動制成粒徑3mm的球型濾料，在800°C溫度下煅燒1小時，制成硝態(tài) 氮吸附濾料。其材料特征為BET 76m2/g，孔隙度42%，顆粒強度61N/顆。使用該濾料對硝 態(tài)氮初始濃度為1. Omg/1的地下水，經(jīng)歷1小時平衡吸附后，投料比為1 :20 (濾料水)，硝 態(tài)氮去除率達到53%。實施例4
配比40%重量比的斜發(fā)沸石，50%重量比的坡屢石，10%重量比的活性炭，斜發(fā)沸石和坡 屢石粉碎至200目，充分混合均勻，在造粒機中邊加水邊滾動制成粒徑3mm的球型濾料，在 600°C溫度和還原氣氛保護下煅燒1小時，制成氮吸附濾料。其材料特征為BET=95m2/g，孔 隙度94%，顆粒強度25N/顆。使用該濾料對初始氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度分別為1. Omg/ 1、0. 5 mg/1和0. 8 mg/1的人工配置地下水，經(jīng)歷1小時平衡吸附后，投料比為1 :20(濾料 水)，氨氮去除率達到22. 5%，亞硝酸鹽和硝酸鹽去除率分別達到31%和26%。
權(quán)利要求
1.一種地下水氮固定化修復(fù)濾料，其特征是由塑性粘結(jié)礦物、滲透性基料和無機陽離 子交換基料或無機陰離子交換基料其中之一構(gòu)成，其中各組分的重量含量為塑性粘結(jié)礦 物10 50%、滲透性基料1 10%、無機陽離子交換基料或無機陰離子交換基料40 80%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾料，其特征在于其中的無機陽離子交換基料為天然礦物斜 發(fā)沸石、絲光沸石、蛭石或柱撐蒙脫石。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾料，其特征在于其中的無機陰離子交換基料為水滑石。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾料，其特征在于其中的塑性粘結(jié)礦物為坡屢石、高嶺土或 蒙脫石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的濾料，其特征在于其中的滲透性基料為硅藻土、 膨脹珍珠巖或活性炭。
6.一種地下水氮固定化修復(fù)濾料的制備方法，其步驟為(1)按重量含量為塑性粘結(jié)礦物10 50%、滲透性基料1 10%、無機陽離子交換基 料或無機陰離子交換基料40 80%準備原料，將塑性粘結(jié)礦物和無機陽離子交換基料或無 機陰離子交換基料原料全部粉碎至200目備用；(2)將滲透性基料原料粉碎至50目備用；(3)將步驟(1)和(2)粉碎后的各種原料按比例調(diào)配，充分混合均勻，在造粒機中加水 滾動至球型，直至預(yù)期粒徑；(4)將步驟(3)得到的球型濾料在500 800°C煅燒1 4小時，得到地下水氮固定化 修復(fù)濾料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地下水氮固定化修復(fù)濾料及其制備方法，屬于地下水修復(fù)領(lǐng)域。該濾料由塑性粘結(jié)礦物、滲透性基料和無機陽離子交換基料或無機陰離子交換基料其中之一構(gòu)成，其中各組分的重量含量為塑性粘結(jié)礦物10～50%、滲透性基料1～10%、無機陽離子交換基料或無機陰離子交換基料40～80%。其制備方法為按重量準備準備原料，將塑性粘結(jié)礦物和無機陽離子交換基料或無機陰離子交換基料原料全部粉碎至200目備用；將滲透性基料原料粉碎至50目備用；將粉碎后的原料充分混合后造粒滾動至球型；將得到的球型濾料煅燒。本發(fā)明修復(fù)濾料能與其他生物固化材料聯(lián)合使用，同時還具有水阻系數(shù)小，幾乎不短流無繞流等技術(shù)優(yōu)勢。
文檔編號C02F1/42GK102107930SQ20111000139
公開日2011年6月29日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者孫翰, 尹琳, 朱曉明, 毛韻喆, 阮曉紅 申請人:南京大學