[發明專利]一種Fe（Ⅱ）活化過硫酸鈉法修復地下水裝置及方法

有效

• 申請號: 201510556985.0
• 申請日: 2015-09-06
• 公開（公告）號: CN105152239B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 代朝猛;周雪飛;張亞雷;錢冬旭;張勤
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F1/00
• 分類號: C02F1/00;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于環保技術領域，涉及受污染地下水的修復技術，具體為一種Fe（Ⅱ）活化過硫酸鈉法修復地下水裝置及方法。

背景技術

抗癲癇藥物卡馬西平(Carbamazepine,CBZ)作為PPCPs中一種典型代表，以其龐大的使用量和難以降解的物質特性，引起了世界的廣泛關注。據報道，在很多地區的地下水中普遍檢測到了CBZ，其濃度可高達155ng/L。CBZ在水體中難以被生物降解，長期累積，會對水體環境和生物體造成潛在威脅。因此，解決地下水中CBZ的污染問題迫在眉睫。近年來，人們開始研究采用原位化學修復技術(insituchemicaloxidation,ISCO)修復地下水和土壤中的有機污染物質。其中，采用過硫酸鹽活化技術原位修復具有修復周期短、效率高、成本低、效果好等優點，成為最有前景的原位修復技術之一。

為了實現在ISCO修復中，氧化劑能持續作用于污染物，達到長期修復的目的，緩釋材料的制備和研究近年來得到了很高的重視。過硫酸鹽緩釋材料具備造價低廉，釋放性能好的特點，在過渡金屬催化或加熱條件下均能產生具有強氧化性的硫酸根自由基(SO₄^·-)，在酸性、中性及堿性條件下都具有良好的氧化能力，且受水體中有機質的影響比較小。過硫酸鹽緩釋材料已經在地下水原位修復的中得到了成功應用，Kambhu等人制作了以石蠟為包裹體的緩釋材料，通過亞鐵及零價鐵的活化，在實驗室模擬地下水中苯系物的去除情況，可達到快速降解污染物的目的。Liang等人使用SPS緩釋材料處理地下水中的甲基叔丁醚和苯等物質，發現緩釋材料的釋放時間長，性能好，能持續氧化有機物。這些研究表明，緩釋材料在地下水原位化學修復中有著廣泛的適用性和有效性。

已有多個研究表明，Fe²⁺能活化過硫酸鹽產生自由基，氧化有機污染物，并且取得了良好的去除效果。結合緩釋材料對氧化劑的釋放，Fe²⁺活化SPS降解CBZ，用于降解地下水中的PPCPs。通過柱試驗模擬受污染地下水，用于檢測緩釋材料在Fe²⁺活化作用下對地下水中CBZ的降解效率。

本發明主要研究了在不同材料配比和不同氧化劑含量下的緩釋材料在水體中過硫酸鈉的釋放量，以單位質量材料釋放的SPS的比率為釋放衡量指標，分析了其釋放特性和釋放機理。研究了不同緩釋材料在水體中對CBZ的吸附情況，并通過分批次加入Fe²⁺溶液，考察緩釋材料釋放SPS被活化后對CBZ的降解情況。初步探討并采用柱試驗模擬受污染地下水的原位化學修復，通過改變氧化劑的量、污染物的流量等條件，明確了對CBZ的降解效率，以期為緩釋材料在實際水體修復中的工程應用提供了理論支撐。

發明內容

本發明的目的在于一種Fe（Ⅱ）活化過硫酸鈉法修復地下水裝置及方法。該裝置由三部分構成的半連續進出式反應裝置。第一部分連接水樣，模仿地下水的土壤含水層，并控制流速。第二部分內有緩釋材料，與溶液接觸釋放過硫酸鈉(sodiumpersulfate,SPS)。第三部分連接第二部分和Fe²⁺溶液，控制各組分活化反應。各部分的柱子中間都設有采樣閥，水樣可被采集后用于分析污染物的濃度、S₂O₈^2-濃度、Fe²⁺濃度和反應后溶液的pH。本發明對難降解有機物具有較好的處理效果，并且裝置模型具有模擬規模化應用的功能。

本發明提出的一種Fe（Ⅱ）活化過硫酸鈉法修復地下水裝置及方法，所述裝置由三個反應容器柱子依次連接構成半連續進出式反應裝置，所述第一反應容器柱子底部連接裝有0.01～0.1mM模擬污染物卡馬西平（CBZ）溶液的密閉容器，頂端通過管道連接第二反應容器柱子下端，所述第一反應容器柱子內放有石英砂；第二反應容器柱子頂端通過管道連接第三反應容器柱子底部，第二反應容器柱子內下部放有石英砂，上部放有緩釋材料，同時第三反應容器柱子底部通過管道和蠕動泵連接一個裝有新鮮配制的Fe²⁺溶液的密閉容器，通過控制蠕動泵將不同流速的Fe²⁺溶液輸入到第三反應容器柱子，第三反應容器柱子上端為出水口；所述三個反應容器柱子均設有采樣閥；第一反應容器柱子用于控制不同流速的CBZ溶液，第二反應容器柱子用于反應釋放SPS，并與污染物混合。第三反應容器柱子為活化反應區，降解CBZ溶液。