可滲透反應墻制法及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及地下水修復領域。
【背景技術】
[0002]可滲透反應墻(permeable reactive barrier, PRB)是一種地下水原位修復技術，可去除地下水中的重金屬、有機物等多種污染物，因安裝運行方便、性價比相對較高已在國內(nèi)外許多工程中得到應用。
[0003]建造可滲透反應墻的材料根據(jù)污染物不同而變化，其中以零價鐵為主要材料的可滲透反應墻(Fetl-PRB)應用最為廣泛，能去除鉻、鈾、砸、鈷、銅、汞、砷等重金屬，硝酸根、硫酸根等無機陰離子以及含氯有機物。
[0004]Fe0-PRB主要利用Fetl通過氧化還原反應和沉淀作用去除地下水中的污染物，如:對地下水中六價鉻的去除是首先通過Fetl將六價鉻還原為三價鉻，然后生成Cr(OH) 3將其沉淀在PRB中；對含氯有機物的去除是利用Fetl氧化還原反應中產(chǎn)生的電子活性將氯化物脫氯實現(xiàn)解毒。
[0005]Fe0-PRB在工程應用中的主要問題有:(I)鐵肩被沉淀物所包裹，阻礙了污染物與鐵肩的接觸，導致鐵肩利用率降低、修復效果下降甚至失效；(2)當Fetl-PRB填充密度較高、孔隙度較低時，反應形成的沉淀物容易引起堵塞；而當Fetl-PRB填充密度較低、孔隙度較大時，可能導致污染物不能與鐵肩充分接觸，去除率效果下降，鐵肩利用率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明通過在Fec1-PRB兩側(cè)設置外電場，在Fec1-PRB內(nèi)部誘發(fā)的一系列電化學反應和過程，從而改善和解決上述兩個問題。
[0007]為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術方案是:(I)選用粒徑較大(通常大于Icm)的鐵肩與其他輔助填充物構建可滲透反應墻I ; (2)在可滲透反應墻兩側(cè)分別安裝陰極2和陽極3，制成電化學強化二價/零價鐵可滲透反應墻(electrochemistry-enhanced Fe2+/Fe°permeable reactive barrier, E_Fe2+/Fe°-PRB)(圖1)。若可滲透反應墻太厚，可在其內(nèi)部增加電極對(圖2)。
[0008]通電時，由陰極2和陽極3產(chǎn)生足夠強的電場在鐵肩的兩端誘導出足夠高的電勢差，使鐵肩靠近陰極的一端發(fā)生鐵的氧化反應，釋放出Fe2+離子，鐵肩靠近陽極的一端發(fā)生水的還原反應，將水電解釋放出0H—離子和H2氣體(圖1)。當鐵肩尺寸較小時，如:鐵粉，電場在鐵肩兩端誘導的電勢差太小，不足引起上述電化學反應。
[0009]在E-Fe2+/Fe°-PRB中，F(xiàn)e2+離子替代Fe °成為主要還原劑對地下水中的污染物，如:六價鉻進行還原，其效率遠高于Fe°;0H _離子與重金屬離子，如:Cr 3+、Pb2+、Cu2+，反應生產(chǎn)氫氧化物沉淀，同時也因使地下水pH值上升，導致其他不溶性金屬鹽沉淀的生成。
[0010]可滲透反應墻中的正、負離子沿電場方向相向運動，與Fec1-PRB相比，反應物之間接觸幾率增加，反應效率升高，如:Fe2+離子與CrO 42—離子的接觸和反應、OH _離子和Cr 3+離子的接觸和反應。
[0011]Fe2+離子在電場力作用下可穿過鐵肩表面的沉淀層與地下水中的污染物，如:Cr042_離子，發(fā)生反應；而地下水中的污染物，如:Cr0 42_離子，也可在電場力作用下穿過沉淀層到達鐵肩表面與Fe2+或Fe °進行反應，生成Cr 3+離子后又在電場力作用下穿過沉淀層返回地下水中發(fā)生沉淀反應，這就大大削弱了沉淀層對PRB長期效率的負面影響，很大程度上解決了上文提到的Fetl-PRB存在的第一個問題。
[0012]鐵肩表面的電化學反應使其表面始終保持一種新鮮的高活性狀態(tài)，也提高了對含氯有機物的解毒效果。
[0013]產(chǎn)生的4氣聚集到一定程度會形成氣泡最終從PRB中釋放出來，此過程會對PRB中的沉淀物造成較大攪動，改善PRB堵塞的情況，同時會使部分沉淀物從鐵肩表面剝離下來，提高鐵肩利用效率，部分沉淀物還會在這種擾動下隨水流從PRB中流出，保證PRB有較好的長期透水性，很大程度上解決了上文提到的Fetl-PRB存在的第二個問題。
【附圖說明】
[0014]本發(fā)明可以通過附圖給出的非限定性實施例進一步說明。
[0015]圖1本發(fā)明工作原理示意圖。
[0016]圖2多電極結構示意圖。
[0017]圖3電極安裝方式一(水流方向與電場方向垂直)
[0018]圖4電極安裝方式二(水流方向與電場方向平行)
[0019]圖中:1 一含鐵肩的可滲透反應墻，2 —陰極，3 —陽極。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術思想的情況下，根據(jù)本領域普通技術知識和慣用手段，作出各種替換和變更，均應包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。
[0021]實施例1:
本實施例中，一個工業(yè)場地土壤被鉻、銅、鉛和砷所污染，下雨時雨水滲入地下，從一個截面積0.5m2左右的排水洞中滲出，水中重金屬超標。E-Fe 2VFe0-PRB被用于安放在洞口原位處理這股淺層地下水。本實例要反映的是E-Fe27Fe°-PRB的安裝方式。
[0022]在上述洞口處，按照圖2的方式建造了一個多級E-Fe2+/Fe°-PRB，鐵肩來自車床加工產(chǎn)生的廢料，粒徑I?3cm;陰極為鐵絲編織的篩網(wǎng)；陽極為穿孔石墨板，石墨板背后襯有穿孔PVC板起強化支撐作用。水流方向與E-Fe27Fe°-PRB的位置關系采用圖4所示方式，即:水穿過第一個陰極板上的孔洞進入E-Fe27Fe°-PRB，然后再依次流過第一陽極板、第二個陰極板、第二個陽極板、直至從最后一個極板流出，達標排放。整個E-Fe27Fe°-PRB長5.0m,寬1.0m、高0.5m，每隔0.5m設置一個電極，共有6個陰極、5個陽極，每個電極對之間的電壓為100V，由太陽能供電系統(tǒng)提供電力，白天供電，晚上停電。
[0023]E-Fe2+/Fe°-PRB安裝在一個長5.0m,寬1.0m、高1.2m的混凝土渠中，上面覆蓋0.5m厚的石子，渠頂蓋有穿孔混凝土蓋板，起保護作用。渠頂部超出周邊地平0.5m，防止地表雨水的進入。
[0024]實施例2:
本實施例中，一個工業(yè)場地土壤被鉻所污染，下雨時雨水滲入地下，沿長度1m左右的一個邊界滲出。E-Fe27Fe°-PRB被用于安放在該邊界處原位處理這股淺層地下水。本實例要反映的是E-Fe27Fe°-PRB的另一安裝方式。
[0025]按照實施例1中的方式建造一個長Ilm的多級E-Fe2+/Fe°-PRB，沿原滲水邊界安裝，水流方向與E-Fe27Fe°-PRB的位置關系采用圖3所示方式，整個E-Fe2+/Fe°-PRB像圍墻一樣將原滲水邊界圍起來，淺層地下水滲入E-Fe27Fe°-PRB中，污染物在其中被去除，地下水達標滲出。E-Fe27Fe°-PRB內(nèi)部每隔0.5m設置一個電極，每個電極對之間的電壓為100V，采用脈沖供電方式，每半小時進行一次開、關切換，由市電提供電力。
【主權項】
1.一種地下水原位修復方法，其特征在于:在零價鐵可滲透反應墻兩側(cè)分別安裝陰極和陽極，由陰極和陽極產(chǎn)生足夠強的電場在大顆粒鐵肩的兩端誘導出足夠高的電勢差，使鐵肩靠近陰極的一端發(fā)生氧化反應釋放出Fe2+離子，靠近陽極的一端將水電解釋放出0H_離子和H2氣體；Fe 2+離子被用作還原劑對地下水進行解毒；0!1_離子通過生成氫氧化物沉淀去除地下水中的重金屬；H2氣用來對可滲透反應墻中的沉淀物進行攪拌，減輕堵塞。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種地下水原位修復方法，為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術方案是：選用粒徑較大的鐵屑與其他輔助填充物構建可滲透反應墻1；在可滲透反應墻兩側(cè)分別安裝陰極2和陽極3，由陰極2和陽極3產(chǎn)生足夠強的電場在鐵屑兩端誘導出足夠高的電勢差，使鐵屑靠近陰極的一端發(fā)生氧化反應釋放出Fe2+離子，靠近陽極的一端將水電解釋放出OH-離子和H2氣體。Fe2+離子被用作還原劑對地下水進行解毒；OH-離子通過生成氫氧化物沉淀去除地下水中的重金屬；H2氣體用來對可滲透反應墻中的沉淀物進行攪拌，減輕堵塞。
【IPC分類】C02F1-70, C02F1-62, C02F1-46
【公開號】CN104787855
【申請?zhí)枴緾N201510193971
【發(fā)明人】李 東, 胡思揚, 范敏, 孫德林, 吳昕達, 袁興中
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月22日