[發(fā)明專利]基于零價鐵?PRB還原修復飽和含水層氯代烴類DNAPL污染源的實驗裝置及方法

在審

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• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107389863A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋昕;徐坷坷;唐偉;王新博
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院南京土壤研究所
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 唐循文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土壤和地下水污染修復領(lǐng)域，特別是指一種基于零價鐵-PRB還原修復飽和含水層氯代烴類DNAPL污染源的實驗裝置及方法。

背景技術(shù)

重非水相液體(Dense non-aqueous phase liquid,DNAPL)作為重要的工業(yè)原料廣泛應用于農(nóng)業(yè)、燃料、醫(yī)藥領(lǐng)域，在生產(chǎn)、運輸、儲存以及使用過程中極易發(fā)生泄漏和排放，導致DNAPL大量進入地下環(huán)境。這部分進入地下環(huán)境的DNAPL能夠在重力作用下不斷向土壤和地下水中遷移，在弱透水或不透水層中累積形成DNAPL池，從而緩慢持續(xù)地向地下環(huán)境釋放污染物，形成一種持久性的污染源，對其的修復也被稱為“永久性的修復”。美國《國家優(yōu)先治理污染場地順序名單》顯示，大約有60％的場地存在DNAPL污染(McDade et al.,2005)。常見的DNAPL污染物包括：氯代烴類、煤焦油類以及農(nóng)藥類污染物，其中氯代烴類污染物是我國地下水污染物中檢出率較高的一類物質(zhì)，這類污染形成的氯代烴類DNAPL生物降解性低，污染深度甚至達到地下60m的基巖中，使生物處理、抽出-處理或挖掘焚燒等技術(shù)對DNAPL的修復效果不佳。目前國內(nèi)外研究已證明可滲透反應格柵技術(shù)(Permeable Reactive Barrier，縮寫PRB)能夠?qū)ν寥阑虻叵滤廴居鹬形廴疚镞M行長期的原位處理，并且具有經(jīng)濟效益好、便于管理的特點，在國際上尤其是歐美地區(qū)已經(jīng)得到廣泛應用，但在國內(nèi)因PRB技術(shù)修復周期相對較長，并無單獨應用的案例(馬妍等，2016；張弛等，2014；邱錦安等2011)。

歐洲應用最早的PRB目前仍舊在運行當中，且對地下水中氯代烴污染物仍具有降解作用。但是這種將PRB安裝在遠離污染源的下游污染羽區(qū)域的方式，去除的是下游污染羽區(qū)域地下水中的污染物，對DNAPL污染源的持久性并無影響。這主要是由于DNAPL污染區(qū)DNAPL相向地下水的溶解過程主要受DNAPL在地下水中的實際濃度與DNAPL理論上的溶解平衡濃度的影響，二者濃度差越大，DNAPL溶解越快。但是在實際情況下，下游污染羽區(qū)域距離DNAPL污染源較遠，下游污染羽中的污染物還原去除對DNAPL污染區(qū)水相污染物濃度的影響甚微，無強化污染源中DNAPL相向水相的溶解速率的作用，從而導致了PRB技術(shù)修復DNAPL污染地下水時所需修復時間遠大于其它修復技術(shù)(Berge et al.,2010；Phillips et al.,2010；Gillham et al.，1998)。因此如何提高DNAPL污染場地DNAPL污染源的溶解速率以快速、徹底的去除DNAPL污染物，成為了修復DNAPL污染場地修復的關(guān)鍵點。

零價鐵的氧化還原電位為-0.44eV，能夠?qū)⑷芙庠谒嘀械腄NAPL成分還原降解。但是目前關(guān)于Fe⁰去除DNAPL污染源的研究主要集中于納米零價鐵及其二元負載體系，并未將視角轉(zhuǎn)向工程應用價值較高的零價鐵-PRB體系，零價鐵粒徑越小，能夠參與污染物降解反應的有效比表面積越大，但是在實際工程應用及實驗室模擬實驗中，粉末狀零價鐵與石英砂比重相差大極難混合均勻，因此有關(guān)粉末狀零價鐵的應用較少。本發(fā)明所建立的零價鐵-PRB體系使用無水乙醇事先將粉末狀零價鐵與石英砂混合均勻后進行PRB填充，填充后零價鐵-PRB體系能夠達到零價鐵與石英砂均勻分布的狀態(tài)，使得流經(jīng)該體系的污染物質(zhì)與零價鐵的反應達到最大化。為探索零價鐵-PRB體系用于DNAPL污染源修復的可行性，獲得零價鐵-PRB修復體系工程應用的指導性參數(shù)，本發(fā)明首次建立了一種零價鐵-PRB還原修復飽和含水層氯代烴類DNAPL污染源的實驗裝置與方法，與現(xiàn)有類似一維及二維裝置僅能夠用于模擬自然運移相比，本發(fā)明所建立的實驗裝置不僅能夠進行DNAPL污染源的實驗室模擬，而且能夠模擬零價鐵-PRB墻體在DNAPL污染區(qū)的修復。

發(fā)明內(nèi)容

解決的技術(shù)問題：本發(fā)明目的在于針對以上不足，提供一種基于零價鐵-PRB還原修復飽和含水層氯代烴類DNAPL污染源的實驗裝置及方法。該裝置通過設(shè)置不同飽和含水層區(qū)域的填充介質(zhì)、區(qū)域長度、飽和含水層的流水場等條件，和科學合理的取樣方法，同時連續(xù)監(jiān)測不同區(qū)域的污染物成分與濃度，對DNAPL污染源在飽和含水層中的持久性以及DNAPL污染源在7d內(nèi)的修復效率進行分析，為零價鐵-PRB修復體系工程的應用提供科學依據(jù)，適用于一維尺度上研究零價鐵-PRB還原修復飽和含水層DNAPL污染源的研究。