本發(fā)明是有關于一種用于地下水處理的多孔性復合載體及其制造方法,且特別是有關于一種將零價金屬固定化的沉水型多孔性復合載體及其制造方法,以及其在地下水處理的應用。
背景技術:
具有高還原力的零價金屬被廣泛應用于地下水或土壤污染的處理中。特別是,零價金屬對于含氯有機物的污染物具有良好的分解效能,且利用零價金屬進行還原反應以分解含氯有機物的方法,有處理效率高、成本低廉以及環(huán)境友好等優(yōu)點。
目前有一方法是將零價金屬包埋于緩釋基材內(nèi)部,以形成地下水處理試劑。將上述地下水處理試劑投置于待處理的地下水中,使得緩釋基材于地下水中逐漸釋放零價金屬,進而隨著水流分散于廣大范圍的零價金屬可進行分解含氯有機物的反應。
然而,上述方法會使得零價金屬的濃度被稀釋,需時常補充地下水處理試劑,以維持地下水中一定的零價金屬濃度。此外,上述方法無法在定點進行地下水的處理,故缺少針對特定區(qū)域加強處理的應變性,且隨水流分散的零價金屬也無法回收再利用,增加地下水處理的成本。
現(xiàn)有還有一方法是利用金屬離子與具有堿性基團的離子交換樹脂進行離子性吸附,再利用還原劑將金屬離子還原為零價金屬,形成地下水處理試劑,以進行地下水處理。然而,上述制造方法的工藝步驟繁瑣,經(jīng)還原劑還原后,還需經(jīng)過多次洗滌以及干燥,以避免殘留的還原劑影響地下水處理的效果。
因此,目前急需提出一種沉水型多孔性復合載體、其制造方法,以及其在地下水處理中的應用。上述制造方法可不使用還原劑,而制得沉水型多孔性復合載體。利用上述沉水型多孔性復合載體,可在定點持續(xù)進行地下水處理,延長沉水型多孔性復合載體的使用時間,并可將沉水型多孔性復合載體回收再利用。
技術實現(xiàn)要素:
因此,本發(fā)明的一實施例是提供一種沉水型多孔性復合載體的制造方法,其是將零價金屬固定于三醋酸纖維上,并以適當?shù)奶畛洳脑黾尤姿崂w維的密度,使所制得的沉水型多孔性復合載體可在定點持續(xù)進行地下水處理,并延長沉水型多孔性復合載體的使用時間。
本發(fā)明的另一實施例是提供一種沉水型多孔性復合載體,其是借由上述的沉水型多孔性復合載體的制造方法所制得。
本發(fā)明的又一實施例是提供一種地下水的處理方法,其是使用上述沉水型多孔性復合載體進行。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例,提出一種沉水型多孔性復合載體的制造方法。在一實施例中,上述制造方法可包含下述步驟。首先,提供纖維凝膠,其可包含三醋酸纖維、填充材和二氯甲烷。接著,將零價金屬加入纖維凝膠中,形成混合物。然后,對混合物進行成形步驟,以形成預形體。之后,將上述預形體含浸于甲苯中達12小時至24小時,以制得沉水型多孔性復合載體。其中,上述沉水型多孔性復合載體的零價金屬可被固定化。
依據(jù)本發(fā)明的一實施例,基于上述三醋酸纖維的使用量為100重量份,填充材的使用量可為50重量份至100重量份,二氯甲烷的使用量可為330重量份至670重量份,且零價金屬的使用量可為100重量份至400重量份。
依據(jù)本發(fā)明的一實施例,上述填充材可包含硅砂、石英砂、白泥、葉臘石、硅石、風化長石或上述的任意組合。
依據(jù)本發(fā)明的一實施例,上述零價金屬可包含鐵、鎳、銅、鋁或上述的任意組合。
依據(jù)本發(fā)明的一實施例,預形體可為球體、板狀結構或條狀結構。
依據(jù)本發(fā)明的一實施例,預形體的球體可具有20毫米至30毫米的直徑。
依據(jù)本發(fā)明的一實施例,沉水型多孔復合載體的有效使用時間可為至少50天。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例,還提出一種沉水型多孔性復合載體。在一實施例中,上述沉水型多孔性復合載體是使用如上述的沉水型多孔性復合載體的制造方法所制得,其中沉水型多孔性復合載體的密度可大于水,且沉水型多孔性復合載體可具有至少50天的有效使用時間。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例,又提出一種地下水的處理方法,其是將上述的沉水型多孔性復合載體投置于地下水中,其中地下水包含含氯有機物,且沉水型多孔性復合載體的有效使用時間為至少50天。
依據(jù)本發(fā)明的一實施例,在投至沉水型多孔性復合載體于地下水中后,可還包含回收沉水型多孔性復合載體,以及對沉水型多孔性復合載體進行還原步驟。
與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明具有如下有益效果:應用本發(fā)明的沉水型多孔性復合載體的制造方法,可使沉水型多孔性復合載體的零價金屬被固定化。所制得的沉水型多孔性復合載體本身,以及其中的零價金屬,皆不會隨著水流分散,因此可于現(xiàn)地進行持續(xù)且定點的地下水處理、延長沉水型多孔性復合載體的使用時間,并可將沉水型多孔性復合載體回收再利用。
附圖說明
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂,所附圖式的詳細說明如下:
圖1是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的沉水型多孔性復合載體的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的主要目的在于,提供一種沉水型多孔性復合載體的制造方法,以制得密度大于水且零價金屬被固定化的沉水型多孔性復合載體。由于沉水型多孔性復合載體本身,以及其中被固定化的零價金屬,皆不會隨著水流分散,因此可于現(xiàn)地進行持續(xù)且定點的地下水處理、延長沉水型多孔性復合載體的使用時間,并可將沉水型多孔性復合載體回收再利用。
本發(fā)明此處所稱的沉水型多孔性復合載體為硬化固體的地下水處理試劑,將沉水型多孔性復合載體投置于水中時,其不崩解也不釋出零價金屬。
本發(fā)明此處所稱的零價金屬是用以分解地下水中的含氯有機物。在一實施例中,所述零價金屬可包含鐵、鎳、銅、鋁或上述的任意組合。
本發(fā)明此處所稱的固定化是指前述零價金屬可被固定于三醋酸纖維上,因此將所制得的沉水型多孔性復合載體投置于水中時,零價金屬不會被釋出,而是承載于沉水型多孔性復合載體中,以進行地下水處理。
本發(fā)明此處所稱的地下水處理是指利用前述零價金屬作為還原劑,將地下水中的含氯有機物還原,以達到分解或去除地下水中的含氯有機物的目的。上述含氯有機物可例如為氯乙烯、1,1-二氯乙烯、1,1-二氯乙烷、順-1,2-二氯乙烯、1,1,1-三氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烯或四氯乙烯等常見的溶劑。舉例而言,處理后的地下水的二氯乙烷(edc)需低于0.05ppm。
本發(fā)明此處所稱的沉水型多孔性復合載體的使用時間是指沉水型多孔性復合載體可降低地下水中含氯有機物的濃度,特別是二氯乙烷的濃度,使其達0.05ppm以下的持續(xù)時間。
在一實施例中,上述制造方法可包含下述步驟。首先,提供纖維凝膠,其可包含三醋酸纖維、填充材和二氯甲烷。在一實施例中,此處所稱的填充材可例如包含硅砂、石英砂、白泥、葉臘石、硅石、風化長石或上述的任意組合,然也可使用其他種類的填充材,僅以可使所制得的沉水型多孔性復合載體密度大于水為宜?;谏鲜鋈姿崂w維的使用量為100重量份,填充材的使用量可為50重量份至100重量份,而二氯甲烷的使用量可為330重量份至670重量份。
上述二氯甲烷是用以溶解三醋酸纖維,因此若上述二氯甲烷的使用量少于330重量份,三醋酸纖維無法均勻溶解,使得填充材以及后述零價金屬有分散不均勻的問題產(chǎn)生。另一方面,倘若二氯甲烷的使用量大于670重量份,所形成的纖維凝膠粘稠度不足,不利于零價金屬的固定化以及預形體的成形。此外,填充材的使用量若不足50份,則沉水型多孔性復合載體的密度不足,無法投置于水中的定點,進而減少其地下水處理能力、使用時間以及回收再利用比例。
接著,將零價金屬加入纖維凝膠中,形成混合物?;谏鲜鋈姿崂w維的使用量為100重量份,零價金屬為的使用量可為100重量份至400重量份。倘若零價金屬的使用量少于100重量份,則沉水型多孔性復合載體的地下水處理效率不佳,且使用時間較短。另一方面,若零價金屬的使用量大于400重量份,無法完全被應用于沉水型多孔性復合載體的制造中,進而造成浪費。本發(fā)明此處所稱的零價金屬可例如為零價金屬粉末,以均勻分散于纖維凝膠中。
然后,對混合物進行成形步驟,以形成預形體。在一實施例中,預形體可例如為球體、板狀結構或條狀結構,然本發(fā)明不以此為限,可憑實際需求調整預形體的形狀。在一例子中,預形體的球體可具有20毫米至30毫米的直徑。
之后,將上述預形體含浸于甲苯中達12小時至24小時,以制得所述沉水型多孔性復合載體。其中,上述沉水型多孔性復合載體的零價金屬可被固定化。所形成的沉水型多孔性復合載體100可具有如圖1所示的結構,其中三醋酸纖維110可形成網(wǎng)狀結構,零價金屬120可固定化于三醋酸纖維110中,且沉水型多孔性復合載體100也包含填充材130,以增加沉水型多孔性復合載體100的密度。特別說明的是,沉水型多孔性復合載體100具有孔洞140,以使待處理的地下水可經(jīng)由孔洞140與沉水型多孔性復合載體100內(nèi)部的零價金屬120接觸,進而可進行地下水處理(詳細如后述)。
倘若上述含浸時間少于12小時,投置于水中的沉水型多孔性復合載體,有崩解而無法于定點持續(xù)進行地下水處理的風險。另一方面,若上述預形體的含浸時間大于24小時,無益于沉水型多孔性復合載體的形成。
特別說明的是,本發(fā)明的制造方法是利用特定種類的載體材料(三醋酸纖維)、特定溶劑(二氯甲烷以及甲苯)以及特定的含浸時間,以直接固定化零價金屬,故本發(fā)明的制造方法排除利用還原劑將金屬離子還原為零價金屬的步驟。
利用上述制造方法,可制得密度大于水且有效使用時間為至少50天的沉水型多孔性復合載體。
本發(fā)明還提供一種地下水的處理方法,其是將上述沉水型多孔性復合載體投置于地下水中,其中所述地下水包含前述的含氯有機物。
具體而言,在上述地下水的處理方法中,含有含氯有機物的地下水可直接與沉水型多孔性復合載體表面的零價金屬接觸,或是可經(jīng)由載體上的孔洞與內(nèi)部的零價金屬接觸,以進行氧化還原反應。之后,含氯有機物被降解,而沉水型多孔性復合載體可于地下水中繼續(xù)進行前述的氧化還原反應。
本發(fā)明此處所稱的沉水型多孔性復合載體投置于地下水的方式并無特別限制,可根據(jù)實際需求而決定。在一實施例中,可直接將單粒的沉水型多孔性復合載體投入地下水井中。在另一實施例中,可將沉水型多孔性復合載體填充于管柱中,并將上述管柱設于地下水層中。在又一實施例中,可將沉水型多孔性復合載體加工為可滲透反應墻(permeablereactivebarrier;prb),增加沉水型多孔性復合載體與地下水的接觸面積,進而可增加處理效率。
在一實施例中,上述地下水處理方法可還包含回收沉水型多孔性復合載體,以及對上述沉水型多孔性復合載體進行還原步驟。
在一實施例中,上述回收沉水型多孔性復合載體的步驟可例如利用抽水泵進行抽水震蕩,以將沉積底部的沙粒連同沉水型多孔性復合載體一起洗出。
在一實施例中,還原步驟可例如將使用過的沉水型多孔性復合載體含浸于濃度為4重量%的還原劑中。
以下以數(shù)個制備例以及實施例說明本發(fā)明的沉水型多孔性復合載體的制造方法以及地下水處理方法。
制備沉水型多孔性復合載體
制備例1
將100重量份的三醋酸纖維以及50重量份的石英砂(平均粒徑為30目至50目),混合于133重量份的二氯甲烷中,以形成纖維凝膠。在纖維凝膠中加入100重量份的零價鐵粉,以形成混合物。接著,取出部分的混合物并將其捏塑為直徑約20毫米至30毫米的球體。將上述球體含浸于甲苯中達24小時,則可制得制備例1的沉水型多孔性復合載體。
制備比較例1
制備比較例1的地下水處理試劑的制造方法與制備例1相同,不同的是,制備比較例1的地下水處理試劑不添加填充材。
地下水處理
實施例1
將制備例1的沉水型多孔性復合載體填充于口徑為3.5厘米且長度為32厘米的管柱中,并將含有二氯乙烷的地下水注滿上述管柱。上述地下水經(jīng)過沉水型多孔性復合載體的處理后,以2.3ml/分鐘的流速流出。隨時補充含有二氯乙烷的地下水,以持續(xù)進行地下水處理。
實施例1是分別于第0天至第77天檢測處理前以及處理后的地下水中的二氯乙烷濃度(ppm),以評價沉水型多孔性復合載體的使用時間,其中制備例1的沉水型多孔性復合載體使用56天后,將其取出并含浸于4重量%的硼氫化鈉(nabh4)達12小時后,再將還原后的沉水型多孔性復合載體進行如上述的步驟的測試,進而可評價沉水型多孔性復合載體的回收再利用性。處理前的地下水中的二氯乙烷濃度會隨著補充的地下水的批次不同而浮動。關于實施例1的處理前以及處理后的地下水中的二氯乙烷濃度(ppm)以及所對應的使用天數(shù)悉如表1所示,其中n.d.代表二氯乙烷濃度低于偵測極限且小于0.05ppm。
補充說明的是,雖未記載于表1中,然實施例1的沉水型多孔性復合載體在經(jīng)過硼氫化鈉還原后,可持續(xù)進行地下水處理達50天。
表1
比較例1
比較例1是使用與實施例1相同的方式進行,然而由于比較例1所使用的地下水處理試劑未添加填充材,因此,當比較例1的管柱注入地下水后,地下水處理試劑無法沉于管柱底部,而是漂浮于地下水中。因此,比較例1無法在定點持續(xù)進行地下水處理,故未進行后續(xù)使用時間的測試。
評價方式
沉水型多孔性復合載體的使用時間
本發(fā)明此處所稱的沉水型多孔性復合載體的使用時間是指沉水型多孔性復合載體可持續(xù)降低水中二氯乙烷濃度至低于0.05ppm的期間。
根據(jù)上表1可知,本發(fā)明的沉水型多孔性復合載體可有效將7ppm以下的二氯乙烷濃度降至低于0.05ppm。此外,本發(fā)明的沉水型多孔性復合載體可至少使用50天。再者,實施例1的沉水型多孔性復合載體在第51天至第56天的二氯乙烷降解能力降低,所以在第56天時取出沉水型多孔性復合載體,并進行還原后再繼續(xù)進行二氯乙烷的降解。如表1所示,經(jīng)還原后可恢復沉水型多孔性復合載體的二氯乙烷降解能力,代表本發(fā)明的沉水型多孔性復合載體經(jīng)還原處理后可再利用,且其地下水處理效能仍佳。實施例1的沉水型多孔性復合載體的密度大于水,所以可沉置于水底,不隨水流而分散,利于回收再利用。
然而,根據(jù)比較例1可知,當載體當中未包含填充材時,所制得的沉水型多孔性復合載體無法沉于水底,所以其會隨水流移動,無法在定點持續(xù)進行地下水處理,當然也不利于回收再利用。
補充說明的是,根據(jù)表1的結果也可得知本發(fā)明的沉水型多孔性復合載體中的零價金屬是被固定化,因此可在使用一段時間后,將沉水型多孔性復合載體回收,經(jīng)還原處理之后,可再用以進行地下水處理,且其使用時間以及二氯乙烷的去除效能,與新制得的沉水型多孔性復合載體相當。倘若零價金屬未被固定化,回收后也因零價金屬已釋出,無法再被利用。
應用本發(fā)明的沉水型多孔性復合載體及其制造方法及其應用,可利用三醋酸纖維作為載體,固定零價金屬,并以填充材增加載體密度。此外,上述制造方法不進行還原反應,而可制得沉水型多孔性復合載體。所制得的沉水型多孔性復合載體密度大于水,所以其不隨水流分散,可在定點持續(xù)進行地下水處理,并可使用至少50天以及回收再利用。
雖然本發(fā)明已經(jīng)以多個實施例公開如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何本領域技術人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),當可作各種變動與潤飾,因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求所界定者為準。