申请日2015.07.02
公开(公告)日2017.01.11
IPC分类号C02F1/70; C02F1/62
摘要
本发明公开了一种处理含多种重金属离子废水的可渗透反应墙技术。首先对零价铝、零价铁、活性炭和沙子预处理，将预处理后的零价铝和零价铁按质量比1∶1混合放于可渗透反应墙的最中间，其两侧依次放入活性炭、细沙和粗沙。本发明在可渗透反应墙负载上述材料后，可同时去除含多种重金属离子(Cr(VI)、Cd2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+)的废水，重金属的去除效率比单一零价铝或零价铁作为反应介质材料大大提高;出水中这五种重金属的去除率都大于99.5%的时间能保持400小时。因此，本发明在多种重金属废水修复领域有广阔的应用前景。
权利要求书
1.一种处理含多种重金属离子废水的可渗透反应墙技术，其特征在于反应墙的反应介质材料为酸洗零价铝和零价铁混合物。
2.根据权利要求1所述的一种处理含多种重金属离子废水的可渗透反应墙技术，其反应介质材料的制备及装载包括下列步骤：
1)将商品化的还原铁粉用0.1mol/L的硫酸酸洗10分钟，再用丙酮浸泡30分钟，用蒸馏水洗至中性，抽滤，置干燥器中干燥并密封保存;
2)将商品化的零价铝粉置于烧杯中，磁力搅拌器搅拌并加入浓盐酸，迅速加入蒸馏水和0.5mol/L的H2SO4溶液，1分钟后用浓盐酸酸洗并加入0.5mol/L的H2SO4溶液，1分钟后再用浓盐酸酸洗后用蒸馏水洗涤，过滤后在干燥器中干燥;
3)将上述(a)和(b)步骤处理后的酸洗零价铝和零价铁按质量比为1∶1的比例混合，充分搅拌后待用;
4)活性炭粒径为30-100目，将其用蒸馏水洗3次，烘箱100℃烘24小时，自然放凉后待用;
5)粗沙粒径30目以上，细沙粒径为30-100目，将两者分别置于0.1mol/L稀盐酸中浸泡24小时，用自来水冲洗至中性，后在烘箱100℃烘24小时，自然放凉后待用;
6)将上述(4)、(5)和(6)准备好的材料按下列顺序放入可渗透反应墙模拟反应柱中：酸洗零价铝和零价铁的混合物放在最中间，其两侧再依次放入活性炭、细沙和粗沙，具体见图1。
说明书
一种处理含多种重金属离子废水的可渗透反应墙技术
技术领域
本发明涉及一种处理含多种重金属离子废水的可渗透反应墙技术，是利用酸洗零价铝和零价铁混合物作为可渗透反应墙的介质材料去除废水中多种重金属污染物的方法。
背景技术
重金属因具有毒性、难以生物降解性以及生物累积性而严重污染人们赖以生存的水、空气和生态环境。不同重金属污染物混合后，因其物化性质不同导致治理难度非常大。因此对多种重金属污染废水的修复是一个巨大的难题和挑战。
可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier，PRB)技术是近年来迅速发展的一种地下水污染的原位修复技术。PRB一般安装在地下含水层，垂直于地下水流方向，随着地下水流经此反应墙，利用反应介质通过物理、化学及生物降解等作用使污染羽状体中的污染组分转化为环境可以接受的形式，从而达到地下水污染治理的目的。因其成本低廉、处理效果好、对生态环境干扰小等优点，欧美等国已进行了大量该方法的工程研究及试验研究，并已开始投入商业应用，迄今为止在北美和欧洲已经建立安装了200座以上的PRB。
PRB技术在应用中最重要的考虑因素就是它的长期有效性，而如何选取合理有效并且费用低的反应材料更是重中之重。目前，世界范围已运行的PRB设施中大部分是用零价铁作为反应介质材料，应用其他材料的很少。零价铁化学性质活泼，其电极电位E0(Fe2+/Fe)=-0.44V，具有较强的还原能力，可将金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来并沉积在铁表面，还可以将氧化性较强的离子或化合物及某些有机物还原。然而，Fe0-PRB也存在一定的局限性，因为其容易氧化团聚并形成反应保护膜，导致反应介质阻塞，使得孔隙度与水力传导率大大降低。大量的研究证明，把零价铁和其他材料的混合物作为PRB反应介质材料可以改善这一问题。铝元素在自然界中的含量仅次于氧和硅，是含量最丰富的金属元素。此外，零价铝与零价铁的物化性质相似，零价铝的还原电位为E=-1.66V，比零价铁的还原电势更低，使得零价铝具有更强的电子转移能力。然而，在实际应用中由于零价铝在空气条件下就很容易钝化形成致密的氧化层，所以它的使用也有一定的局限性。目前很多研究在寻找提高零价铝活性的方法，其中比较有效的办法是通过酸洗来去除零价铝表面氧化层从而提高零价铝的活性。因此酸洗零价铝和零价铁混合物作为PRB的介质处理重金属污染具有很大的前景和空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理含多种重金属离子废水的可渗透反应墙技术。
本发明所涉及的可渗透反应墙，其反应介质材料为酸洗零价铝和零价铁混合物。
在可渗透反应墙中，其反应介质材料制备及装载包括下列步骤：
(1)将商品化的还原铁粉先用0.1mol/L的硫酸酸洗10分钟，丙酮浸泡30分钟，蒸馏水洗至中性，抽滤，置于干燥器中干燥后并密封保存。
(2)将商品化的零价铝粉磁力搅拌器中并加入浓盐酸，迅速加入蒸馏水和0.5mol/LH2SO4，1分钟后用浓盐酸酸洗并加入0.5mol/L H2SO4，1分钟后再用浓盐酸酸洗后用大量的蒸馏水洗涤，最后过滤干燥。
(3)将上述(1)和(2)步骤处理后的酸洗零价铝和零价铁按1∶1的比例混合，充分搅拌后待用。
(4)活性炭粒径为30-100目，将其用蒸馏水清洗3～5次，然后用烘箱在100℃烘24小时，自然放凉后待用。
(5)粗沙粒径30目以上，细沙粒径为30-100目，将两者分别置于0.1mol/L稀盐酸中浸泡24小时，用自来水冲洗至中性，然后在烘箱100℃烘24小时，自然放凉后待用。
(6)将上述(3)、(4)和(5)准备好的材料按一定顺序放入PRB反应柱中：酸洗零价铝和零价铁的混合物放在最中间，其两侧再依次放入活性炭、细沙和粗沙，具体见图1。
本发明具有以下优点：
(1)可以同时去除含多种重金属离子的废水;
(2)酸洗零价铝和零价铁的混合使用改善了以往单一零价铝或零价铁容易氧化团聚的缺陷，对五种重金属离子的处理效果比使用单一零价铝或零价铁大大提高。
(3)酸洗零价铝和零价铁的质量比对五种重金属的去除有至关重要的作用，当零价铝和零价铁的质量比为1∶1的时，其处理效果最佳;运行24小时后，出水中总铁离子和铝离子浓度检测不出。
该发明涉及的制备方法易操作，运行成本低，材料经济可得，材料可大量生产。