一種用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，該材料按重量份計由包括如下組分的原料制備而成：10?30份穩(wěn)定固化粘合劑，20?35份吸附劑和微生物載體材料，10?20份鐵異化還原菌劑，25?35份營養(yǎng)物質(zhì)，10?20份生物強(qiáng)化物質(zhì)。本發(fā)明還公開了該材料的制備方法。本發(fā)明材料能夠吸附石油烴污染物，又能強(qiáng)化微生物降解石油烴類，實現(xiàn)一種動態(tài)的“吸附—降解—吸附”平衡狀態(tài)，提高材料的使用壽命，具有長期修復(fù)地下水的能力，而且降低了修復(fù)成本。
【專利說明】
一種用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及地下水污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國地下水污染問題十分突出，大量的人為污染物通過各種途徑進(jìn)入地下水環(huán)境，特別是地下水中石油烴類污染物的不斷增加，加劇了地下水水質(zhì)的惡化。石油烴中的主要成分是芳香族烴類化合物和飽和烴，其中，苯系物(BTEX)是一類易溶于水及易揮發(fā)的單環(huán)芳香經(jīng)化合物，包括苯(benzene)、甲苯(toluene)、乙苯(ethylbenzen)和二甲苯(xylenes)。由于儲油罐的泄漏和石油工業(yè)廢物的排放，特別地下水中石油烴的污染會威脅飲用水安全，進(jìn)一步對人體健康產(chǎn)生威脅，引起了社會、民眾的廣泛關(guān)注和國家環(huán)保管理部門的高度重視，因此對地下水石油烴污染修復(fù)技術(shù)以及材料的研發(fā)是地下水污染修復(fù)重要工作之一O
[0003]修復(fù)材料的選擇與研發(fā)是地下水污染修復(fù)的重要一環(huán)，合適的修復(fù)材料將能夠有效的去除地下水中污染物，降低污染程度。但由于地下水環(huán)境中的污染物濃度一般較低以及地下水環(huán)境自身的特殊性，對地下水污染修復(fù)材料也提出了較高的要求。目前地下水石油烴修復(fù)技術(shù)主要包括:物理、化學(xué)以及生物方法，其中主要由零價鐵、強(qiáng)化微生物修復(fù)地下水中石油烴類物質(zhì)。零價鐵已被應(yīng)用于實際場地修復(fù)，但零價鐵修復(fù)石油烴過程中僅能將污染物轉(zhuǎn)化為其他化合物，不能最終降解為CO2和水。生物修復(fù)技術(shù)具有高效、經(jīng)濟(jì)、安全、無二次污染等特點，也是地下水石油烴污染物的重要修復(fù)手段，可通過一系列的強(qiáng)化方法提高微生物活性，實現(xiàn)地下水石油烴污染修復(fù)目的。物理吸附法是一種處理效率高、成本低、無底泥污染、操作簡單且不會對水體生態(tài)環(huán)境造成二次污染與破壞的方法。但是，生物修復(fù)技術(shù)的周期比較長，需要營養(yǎng)物質(zhì)維持活性。物理吸附法面臨吸附飽和后需要對吸附劑進(jìn)行再處置的問題。
[0004]基于以上地下水石油烴修復(fù)過程中存在的問題，制備出一種既能吸附石油烴污染物，又能強(qiáng)化微生物修復(fù)的材料，以實現(xiàn)提高降解石油烴的能力，在吸附過程中，通過添加微生物的作用將吸附劑吸附的石油烴降解，達(dá)到一種動態(tài)的“吸附一降解一吸附”平衡狀態(tài)，從而將物理吸附法和固定微生物作用有機(jī)結(jié)合進(jìn)行強(qiáng)化降解，用于地下水石油烴類物質(zhì)將會具有更大的優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是如何既能吸附石油烴污染物，又能強(qiáng)化微生物的修復(fù)，而提供一種用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，按重量份計，所述材料由包括如下組分的原料制備而成:穩(wěn)定固化粘合劑10-30份，吸附劑和微生物載體材料20-35份，鐵異化還原菌劑10-20份，營養(yǎng)物質(zhì)25-35份，生物強(qiáng)化物質(zhì)10-20份。
[0009]優(yōu)選地，所述的穩(wěn)定固化粘合劑為水泥、細(xì)沙、海藻酸鈉的混合物。
[0010]更優(yōu)選地，所述的水泥、細(xì)沙、海藻酸鈉的質(zhì)量比例為1:0.2-0.24:0.5_1。
[0011 ] 采用上述穩(wěn)定固化粘合劑，能夠?qū)⑵渌镔|(zhì)粘合一起，制成顆粒物。
[0012]優(yōu)選地，所述的吸附劑和微生物載體材料為海泡石，優(yōu)選其為顆粒狀，粒徑范圍為
0.5mm-1.0_，密度2_2.5g/cm3，海泡石作為吸附劑和微生物載體材料具有提供微生物生長及降解污染物所需的空間。
[0013]所述鐵異化還原菌(Geobacter metalIireducens)劑市售購得于西北農(nóng)林科技大學(xué)土壤微生物實驗室。
[0014]優(yōu)選地，所述的營養(yǎng)物質(zhì)為麥飯石，優(yōu)選其為顆粒狀，粒徑為0.5mm-2mm,比重范圍
1.5-2.2g/cm3。
[0015]優(yōu)選地，所述的生物強(qiáng)化物質(zhì)為零價鐵或Fe304。
[0016]優(yōu)選地，按重量份計，所述材料由包括如下組分的原料制備而成:水泥、細(xì)沙、海藻酸鈉按質(zhì)量比例為1:0.2-0.24:0.5-1混合得到的穩(wěn)定固化粘合劑20-26份，海泡石20-30份，鐵異化還原菌劑10-15份，麥飯石25-30份，零價鐵或Fe30410-15份。
[0017]優(yōu)選地，所述的材料制備成顆粒狀，顆粒的粒徑為0.5cm-4.0cm。顆粒的孔隙度為20-35%。
[0018]本發(fā)明所述的用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料能夠有效修復(fù)受石油烴污染的地下水。
[0019]本發(fā)明還提供了用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料的制備方法，該方法包括步驟:
[0020]I)制備穩(wěn)定固化粘合劑待用；
[0021 ] 2)將穩(wěn)定固化粘合劑、吸附劑和微生物載體材料、營養(yǎng)物質(zhì)、生物強(qiáng)化物質(zhì)按照比例充分均勻混合，噴灑水至混合物濕潤為止；
[0022]3)將步驟2中的混合物通過造粒機(jī)進(jìn)行造粒，自然晾干，得到微球顆粒；
[0023]4)采用無菌水將微生物鐵異化還原菌劑稀釋并混合均勻，再將步驟3所得微球顆粒浸泡進(jìn)入菌液20_28h，后取出低溫晾干，即得。
[0024](三)有益效果
[0025]本發(fā)明材料具有緩釋多種常規(guī)元素和微量元素的能力，可以作為微生物生長所需的營養(yǎng)鹽物質(zhì)，減少化學(xué)營養(yǎng)鹽的投加，達(dá)到降低成本的目的；
[0026]本發(fā)明材料可吸附多種石油烴類有機(jī)污染物，并具有酸性緩沖能力，保障微生物生長環(huán)境的中性條件，同時零價鐵也可降解石油烴，釋放鐵離子，進(jìn)一步強(qiáng)化微生物作用，從而在材料界面形成一種“吸附一降解一吸附”動態(tài)平衡狀態(tài)；
[0027]本發(fā)明提供的修復(fù)材料，成本低，使用壽命長，適用于PRB等修復(fù)技術(shù)介質(zhì)材料，且具有長期修復(fù)地下水能力，可提高地下水修復(fù)效率以及降低修復(fù)成本。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0029]本發(fā)明提出了利用穩(wěn)定固化粘合劑、吸附劑+微生物載體材料、營養(yǎng)物質(zhì)、生物強(qiáng)化物質(zhì)、鐵異化還原菌劑和水的復(fù)合作用，實現(xiàn)修復(fù)地下水石油烴材料的高效、穩(wěn)定及具有較好的野外適用性的功能，有助于提供增加地下水中微生物附著生長環(huán)境，同時通過粘合劑的作用，減少鐵異化還原菌與還原性鐵粉隨地下水水流的流失，并形成良好的適合于鐵異化還原菌等微生物的生長環(huán)境；修復(fù)過程中形成的鐵離子會被海泡石吸附，減少過量釋放鐵離子對下游影響，避免“二次污染”的發(fā)生；另外也可實現(xiàn)修復(fù)材料的環(huán)保性和成本低的特點。
[0030]本發(fā)明的修復(fù)石油烴的修復(fù)材料含有穩(wěn)定固化粘合劑、吸附劑+微生物載體材料海泡石、營養(yǎng)物質(zhì)麥飯石、生物強(qiáng)化物質(zhì)零價鐵或Fe3O4、鐵異化還原菌劑和水。其中穩(wěn)定固化粘合劑是按照水泥、細(xì)沙、海藻酸鈉質(zhì)量比為1:0.2-0.24:0.5-1配置而成的混合物，海藻酸鈉為白色或淡黃色粉末；海泡石為顆粒，其粒徑為0.5mm-1.0mm，密度2_2.5g/cm3；麥飯石粒徑控制在0.5mm-2mm,比重范圍1.5-2.2g/cm3;按照10% -30%穩(wěn)定固化粘合劑、20% -35%吸附劑和微生物載體材料、25% -35%營養(yǎng)物質(zhì)、10% -20%生物強(qiáng)化物質(zhì)零價鐵的比例混合均勻，噴灑定量的水使其充分濕潤，將濕潤的混合物投入造粒機(jī)進(jìn)行滾圓造粒，并設(shè)定擠出速度為50r/min。所得修復(fù)石油烴填充顆粒在自然通風(fēng)條件下自然晾干固化，其平均粒徑為0.5cm-4.0cm。將比例為10% -20%鐵異化還原菌劑投入無菌水稀釋成懸浮菌液，再將所得微球顆粒浸泡進(jìn)入菌液24h，低溫晾干，即得到所需材料。
[0031]下面用實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明:
[0032]實施例1
[0033]將水泥、細(xì)沙和海藻酸鈉按照質(zhì)量比1:0.2:1混勻配制成穩(wěn)定固化粘合劑，留待后用。取400g穩(wěn)定固化粘合劑、400g海泡石、500g麥飯石和200g零價鐵充分均勻混合，噴灑定量水，使混合物成潤濕狀，將混合物投入擠出滾圓造粒機(jī)進(jìn)行造粒，并設(shè)定擠出速度為50r/min，自然通風(fēng)條件下放置瞭干，其粒徑在0.8cm的顆粒占85%，將200g鐵異化還原菌劑投入無菌水中稀釋成懸浮菌液，再將所得微球顆粒浸泡進(jìn)入菌液24h，低溫晾干，即得到所需材料。此材料即為用于修復(fù)地下水石油烴污染的PRB填充材料。
[0034]測定其材料的孔隙度是20% — 24%，顆粒強(qiáng)度約為30N。處理的污水為油田污染土壤的淋洗污水，主要污染物是總石油烴類(1.8mg/L)，包括烷烴、苯系物等。經(jīng)采用靜態(tài)批試驗方法，模擬低溫(15°C )、無光、厭氧的環(huán)境下材料降解水中污染物的效果，所得材料對烷烴類去除率84%，苯系物的去除率達(dá)到79%，總石油烴的去除率82%。
[0035]實施例2
[0036]將水泥、細(xì)沙和膨潤土按照質(zhì)量比1:0.24:0.5混勻配制成穩(wěn)定固化粘合劑，留待后用。取260kg穩(wěn)定固化粘合劑、230kg海泡石、280kg麥飯石和150kg零價鐵充分均勻混合，噴灑定量水，使混合物成潤濕狀，將混合物投入擠出滾圓造粒機(jī)進(jìn)行造粒，并設(shè)定擠出速度為40r/min，自然通風(fēng)條件下放置瞭干，其粒徑在Icm的顆粒占90%。采用無菌水稀釋130kg鐵異化還原菌劑，制成懸浮菌液，將造粒所得微球浸入20h，取出晾干，此材料即為用于修復(fù)地下水石油烴污染的PRB填充材料。
[0037]測定其材料的孔隙度是30% — 35%，顆粒強(qiáng)度約為30N。將所得材料運(yùn)用于野外實際場地(加油站)修復(fù)示范工程，其場地特征:地下水埋深為9.34m，含水層介質(zhì)主要是粉砂為主，場地的主要污染物為BTEX，以上材料用于PRB修復(fù)技術(shù)墻體材料，運(yùn)行半年，對地下水水中BTEX的去除率平均達(dá)到78%。
[0038]實施例3
[0039]與實施例1相比，區(qū)別點僅在于:本實施例中，水泥、細(xì)沙和膨潤土按照質(zhì)量比1:0.22:0.8混勻配制成穩(wěn)定固化粘合劑，留待后用。取240g穩(wěn)定固化粘合劑、300g海泡石、120g鐵異化還原菌、300g麥飯石和120g零價鐵充分均勻混合。
[0040]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，其特征在于，按重量份計，所述材料由包括如下組分的原料制備而成:穩(wěn)定固化粘合劑10-30份，吸附劑和微生物載體材料20-35份，鐵異化還原菌劑10-20份，營養(yǎng)物質(zhì)25-35份，生物強(qiáng)化物質(zhì)10-20份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，其特征在于，所述的穩(wěn)定固化粘合劑為水泥、細(xì)沙、海藻酸鈉的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，其特征在于，所述的水泥、細(xì)沙、海藻酸鈉的質(zhì)量比例為1:0.2-0.24:0.5-1 ο4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，其特征在于，所述的吸附劑和微生物載體材料為海泡石。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，其特征在于，所述的營養(yǎng)物質(zhì)為麥飯石。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，其特征在于，所述的生物強(qiáng)化物質(zhì)為零價鐵或Fe304。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，其特征在于，按重量份計，所述材料由包括如下組分的原料制備而成:水泥、細(xì)沙、海藻酸鈉按質(zhì)量比例為1: 0.2-0.24:0.5-1混合得到的穩(wěn)定固化粘合劑20-26份，海泡石20-30份，鐵異化還原菌劑10-15份，麥飯石25-30份，零價鐵或Fe3O4 10-15份。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料，其特征在于，所述的材料制備成顆粒狀，所述顆粒的粒徑為0.5-4.0cm，所述顆粒的孔隙度為20-35%。9.權(quán)利要求1-8任一項所述的用于修復(fù)地下水石油烴類污染的材料的制備方法，其特征在于，該方法包括步驟: 1)制備穩(wěn)定固化粘合劑待用； 2)將穩(wěn)定固化粘合劑、吸附劑和微生物載體材料、營養(yǎng)物質(zhì)、生物強(qiáng)化物質(zhì)按照比例充分均勻混合，噴灑水至混合物濕潤為止； 3)將步驟2中的混合物通過造粒機(jī)進(jìn)行造粒，自然晾干，得到微球顆粒； 4)采用無菌水將鐵異化還原菌劑稀釋并混合均勻，再將步驟3所得微球顆粒浸泡進(jìn)入菌液20-28h，后取出低溫晾干，即得。
【文檔編號】C02F101/32GK106032296SQ201510112502
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月13日
【發(fā)明人】魏文俠, 宋云, 程言君, 王海見, 李培中, 楊蘇才
【申請人】輕工業(yè)環(huán)境保護(hù)研究所