一種用于地下水硝酸鹽污染的可滲透反應介質材料的制作方法
【專利摘要】一種用于地下水硝酸鹽污染的可滲透反應材料，由石英砂、反硝化細菌、殼聚糖、CaCl2、海藻酸鈉、包覆型納米鐵及pH為7的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液組成；按質量比為1～3∶0.1～0.5∶1～3∶1.5～3∶0.5～1∶0.5～1.5∶50。本發(fā)明還公開了制備上述可滲透反應材料的方法。本發(fā)明的可滲透反應介質材料既可為微生物生長釋放碳源，又可強化地下水還原環(huán)境，提高反硝化速率，凈化水質，有效避免硝酸鹽還原產物的二次污染問題。
【專利說明】—種用于地下水硝酸鹽污染的可滲透反應介質材料
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于地下水污染修復【技術領域】，具體地涉及一種用于地下水硝酸鹽污染的可滲透反應介質材料。
[0002]本發(fā)明還涉及上述可滲透反應介質材料的制備方法。
【背景技術】
[0003]氮肥的過量施用、大量工農業(yè)廢水與廢物的排放、再生水灌溉、畜禽養(yǎng)殖以及垃圾填埋等生產生活方式嚴重威脅地下水環(huán)境，使地下水中硝酸鹽污染日益突出，已成為世界廣泛關注的環(huán)境問題。
[0004]生物反硝化和化學反硝化法是當前去除地下水中硝酸鹽的主要方法。生物反硝化法是一種非常理想的方法，也是自然界氮素循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一，而且生物反硝化生成的最終產物為氮氣，不會對環(huán)境造成二次污染。但由于地下水環(huán)境水溫低，微生物生長所需的有機碳源含量少，反應硝化細菌活性偏低、數(shù)量少，使原位硝酸鹽污染修復過程耗時長，對高濃度硝酸鹽污染水體中去除效果更差。
[0005]相比之下，化學還原法是利用活潑金屬單質與硝酸鹽之間的氧化還原反應將硝酸鹽氮轉化為氨氮，進而被金屬單質的還原產物或被其他與金屬混合使用的高效吸附材料所吸附，并最終隨著修復材料的更換、處理或再生而得到去除，從而實現(xiàn)硝酸鹽污染地下水修復的目的。該技術不僅能還原一些含氧酸根離子(如N03_)，還可以穩(wěn)定重金屬(如As、Cr、Hg)或降解氯代烴類、 硝基苯類化合物。特別是以Fe°為填料的原位PRB(PermeableReactive Barrier, PRB)修復技術得到廣泛應用。但Feci被氧化后容易和地下水中的一些離子作用生成沉淀從而導致反應材料板結，造成反應墻堵塞，影響了地下水的修復能力。因此，針對日益嚴峻的地下水硝酸鹽污染形勢，迫切需要一種經濟可行、效果顯著、綠色環(huán)保的地下水硝酸鹽可滲透反應墻介質材料。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種經濟可行、效果顯著、綠色環(huán)保的用于地下水硝酸鹽污染的可滲透反應介質材料。
[0007]本發(fā)明的又一目的在于提供一種制備上述可滲透反應介質材料的方法。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的用于地下水硝酸鹽污染的可滲透反應材料，由石英砂、反硝化細菌、殼聚糖、CaCl2、海藻酸鈉、包覆型納米鐵及pH為7的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液組成；按質量比為I~3:0.1~0.5:1~3:1.5~3:0.5~1:0.5~1.5:50。所述的可滲透反應材料中，石英砂的粒徑為0.5~Imm,反硝化細菌為粉末狀。
[0009]本發(fā)明提供的制備上述可滲透反應材料的方法:
[0010]I)按質量比為I~3:0.1~0.5:1~3:1.5~3:0.5~1:0.5~1.5:50比例取石英砂、反硝化細菌、殼聚糖、CaCl2、海藻酸鈉、包覆型納米鐵及pH為7的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液；[0011 ] 2 )將海藻酸鈉、殼聚糖、石英砂和Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液于30~40 V恒溫下混勻，得到混合液，冷卻至室溫；
[0012]3)將包覆型納米鐵和反硝化細菌加入混合液中，攪拌混合均勻，制得造粒漿液；
[0013]4)將取好的CaCl2固體溶于純水，制得質量濃度為3~6%的CaCl2交聯(lián)劑水溶液
[0014]5)將步驟3的造粒漿液滴加到步驟4的CaCl2交聯(lián)劑水溶液中，在室溫下交聯(lián)，制得球形顆粒；
[0015]6)將球形顆粒洗凈，于室溫下風干，得到目標產物。
[0016]所述的方法中，步驟2中是以90~200r/min進行混勻。
[0017]所述的方法中，步驟5中的造粒漿液是以I~3滴/s的速度滴加到CaCl2交聯(lián)劑溶液中，制得粒徑為2~6mm的球形顆粒。
[0018]所述的方法中，步驟6是用純水將球形顆粒洗凈。
[0019]本發(fā)明的可滲透反應介質材料，具有如下幾個優(yōu)點:
[0020]1、本發(fā)明的可滲透反應材料添加的包覆型納米Fe°可與硝酸鹽發(fā)生氧化還原反應，亦可降低地下水中溶解氧含量，為反硝化細菌生長提供良好的厭氧環(huán)境，提高反硝化速率，提高氮氣轉化率，減少NH4-N的產生，避免對環(huán)境造成二次污染；
[0021]2、可滲透反應材料中包覆的微生物碳源可實現(xiàn)微生物的快速活化，效率高，整個應用過程中無需添加額外碳源。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的可滲透反應介質材料，是由石英砂、反硝化細菌粉末、殼聚糖、CaCl2、海藻酸鈉、包覆型納米鐵及PH緩沖溶液經混合、造粒、風干制得，既可為微生物生長釋放碳源，又可強化地下水還原環(huán)境，提高反硝化速率，凈化水質，避免硝酸鹽還原產物的二次污染問題。
[0023]石英砂(0.5~Imm)為反硝化細菌生長載體，殼聚糖為反硝化細菌生長提供碳源，CaCl2作為交聯(lián)劑，海藻酸鈉溶于水呈溶膠狀態(tài)將各組分穩(wěn)定固化；包覆型納米鐵穩(wěn)定性高，既為還原劑又為除氧劑，為反硝化細菌生長提供良好的還原環(huán)境；緩沖溶液是PH為7的Na2HPO4-NaH2PO4溶液，為細菌生長提供適宜pH。
[0024]本發(fā)明的制備方法:
[0025]I)按質量比為I~3:0.1~0.5:1~3:1.5~3:0.5~1:0.5~1.5:50比例取石英砂、反硝化細菌、殼聚糖、CaCl2、海藻酸鈉、包覆型納米鐵及pH為7的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液；
[0026]2)將海藻酸鈉、殼聚糖、0.5~Imm的石英砂和緩沖溶液于自動攪拌器內在30~40°C恒溫條件下以90~200r/min充分混勻，反應30~40min,得到混合液,冷卻至室溫；
[0027]3)將包覆型納米鐵和反硝化細菌粉末加入混合液中，充分攪拌混合均勻，制得造粒漿液；
[0028]4)將取好的CaCl2固體溶于純水，制得質量濃度為3~6%的CaCl2交聯(lián)劑水溶液
[0029]5)將步驟3的造粒漿液以I~3滴/s的速度滴加到步驟4制得的CaCl2交聯(lián)劑水溶液中，在室溫下交聯(lián)24~36h,制得粒徑為2~6mm的球形顆粒；
[0030]6)用純水將球形顆粒洗凈，放在通風處在15~20°C下風干8~12h，即得多孔可滲透反應介質材料，冷凍備用。
[0031]為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明要求保護的范圍不局限于實施例所闡述的范圍。
[0032]實施例1
[0033]稱取2kg海藻酸鈉,2kg殼聚糖,4kg石英砂(0.5mm)混合均勻后,倒入100L pH=7的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液，在40°C、100r/min的恒溫攪拌器下反應30min，得到混合液，冷卻到室溫；然后將0.5kg反硝化細菌粉末和Ikg包覆型納米鐵(50nm)加入到上述混合液，攪拌均勻，制得造粒漿液；之后將此造粒漿液滴加到質量體積濃度為5%的CaCl2交聯(lián)劑水溶液中，室溫下交聯(lián)24h，造粒成粒徑為3~5mm的球形顆粒；放在通風處20°C下風干8h，即得可滲透反應介質材料(3~5mm),冷凍備用。
[0034]將所制備的50kg可滲透反應介質材料和IOOkg沸石(3mm)(質量比為1:2)作為可滲透反應墻的活性介質材料，修復硝酸鹽濃度為60mg/L的地下水，反應裝置運行一個月期間，硝酸鹽氮的去除率維持在85%~95%之間，亞硝酸鹽氮和氨氮濃度低于lmg/L，材料穩(wěn)定，出水澄清，pH在7~7.8之間。
[0035]實施例2
[0036]稱取Ikg海藻酸鈉，4kg殼聚糖，6kg石英砂(0.5mm)倒入IOOL pH=7的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液，在40°C、100r/min的恒溫攪拌器下反應30min，得到混合液，冷卻到室溫；然后將0.5kg反硝化細菌粉末和Ikg包覆型納米鐵(50nm)加入到上述混合液中，攪拌均勻，制得造粒漿液；將此造粒漿液滴加到質量體積濃度為5%的CaCl2交聯(lián)劑水溶液中，室溫下交聯(lián)24h，造粒成粒徑為4~6mm的球形顆粒；放在通風處20°C下風干8h，即得可滲透反應介質材料(4~6mm),冷凍備用。
[0037]將所制備的50kg可 滲透反應介質材料和IOOkg沸石(3mm)(質量比為1:2)作為可滲透反應墻的介質材料，修復硝酸鹽濃度為40mg/L的地下水，反應裝置運行一個月期間，硝酸鹽氮的去除率維持在80-90%之間，亞硝酸鹽氮和氨氮濃度低于0.5mg/L，材料穩(wěn)定，出水澄清，pH在7~7.8之間。
【權利要求】
1.一種用于地下水硝酸鹽污染的可滲透反應材料，由石英砂、反硝化細菌、殼聚糖、CaCl2、海藻酸鈉、包覆型納米鐵及pH為7的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液組成； 按質量比為I~3:0.1~0.5:1~3:1.5~3:0.5~1:0.5~1.5:50。
2.根據(jù)權利要求1所述的可滲透反應材料，其中，石英砂的粒徑為0.5~1mm，反硝化細菌為粉末狀。
3.一種制備權利要求1所述可滲透反應材料的方法: 1)按質量比為I~3:0.1~0.5:1~3:1.5~3:0.5~1:0.5~1.5:50比例取石英砂、反硝化細菌、殼聚糖、CaCl2、海藻酸鈉、包覆型納米鐵及pH為7的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液； 2)將海藻酸鈉、殼聚糖、石英砂和Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液于30~40°C恒溫下混勻，得到混合液，冷卻至室溫； 3)將包覆型納米鐵和反硝化細菌加入混合液中，攪拌混合均勻，制得造粒漿液； 4)配置質量濃度為3~6%的CaCl2交聯(lián)劑水溶液； 5)將步驟3的造粒漿液滴加到步驟4的CaCl2交聯(lián)劑水溶液中，在室溫下交聯(lián)，制得球形顆粒； 6)將球形顆粒洗凈，于室溫下風干，得到目標產物。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，步驟2中是以90~200r/min進行混勻。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，步驟5中的造粒漿液是以I~3滴/s的速度滴加到CaCl2交聯(lián)劑水溶液中，制得粒徑為2~6mm的球形顆粒。
6.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，步驟6是用純水將球形顆粒洗凈。
【文檔編號】C02F103/06GK103803704SQ201410074597
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權日:2014年3月3日
【發(fā)明者】姜永海, 席北斗, 楊昱, 祝超偉, 安達, 王玉煥 申請人:中國環(huán)境科學研究院