本發(fā)明涉及一種污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻及修復(fù)地下水重金屬污染的方法，屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

地下水污染是關(guān)系到國民經(jīng)濟的重要環(huán)境問題。人類活動產(chǎn)生的污染物滲入地下，導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化。近年來我國各地的地下水污染形勢日趨嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計，我國60％的地下水環(huán)境處于嚴(yán)重或較嚴(yán)重污染狀況。典型的地下水污染包括：咸水入侵，硝酸鹽污染，石油化工產(chǎn)品污染，垃圾填埋場滲漏污染。其中重金屬鉛、鉻、鎘、錳、砷、銅是主要的污染元素。目前較典型的地下水污染修復(fù)技術(shù)主要有：化學(xué)法、物理法、生物法、聯(lián)合修復(fù)法?；虬葱迯?fù)方式可分為異位修復(fù)和原位修復(fù)技術(shù)。納米fe(0)還原修復(fù)技術(shù)是一類典型的可供工程化應(yīng)用的技術(shù)手段，近年來提高納米fe穩(wěn)定性的方法包括采用cmc、果膠等物質(zhì)實現(xiàn)其分散化、穩(wěn)定化。也可采用吸附材料對地下水進(jìn)行修復(fù)，但普遍面臨著吸附材料的選擇性差問題。也有在吸附材料上負(fù)載各類金屬及其它活性成分的活性炭技術(shù)，但其活性中心有限，負(fù)載易脫落，易受環(huán)境影響而迅速失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種以改性污泥為基礎(chǔ)的污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻及修復(fù)地下水重金屬污染的方法，能夠?qū)Φ叵滤械闹亟饘傥廴疚飳崿F(xiàn)有針對目標(biāo)的還原與吸附。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案為：

一種污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻，由多個立體捕集模塊構(gòu)成一個捕集網(wǎng)墻，所述的立體捕集模塊由芯區(qū)與膜壁復(fù)合而成，芯區(qū)為攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球，膜壁為污泥—煤瀝青炭化膜，攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球填充在污泥—煤瀝青炭化膜中構(gòu)成圓柱形立體捕集模塊。

本發(fā)明所述的攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球通過下述步驟制成：

(1)取脫水污泥先在105～110℃條件下加熱26～30h，再在85～90℃條件下加熱10～12h，而后晾干、粉碎后過45mm篩，制成脫水污泥干粉；

(2)取十二烷基硫酸鈉粉末，溶解于體積為十二烷基硫酸鈉粉末體積18～20倍的水中，高速攪拌，制備成泡沫；

(3)取步驟(1)的脫水污泥干粉，再取體積為脫水污泥干粉體積5～8倍的步驟(2)的泡沫于容器中，以20～30轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至泡沫與脫水污泥干粉均質(zhì)混合成混合物料；

(4)按照常規(guī)方法將步驟(3)的混合物料倒入半球狀模具中，5～10h后脫模，養(yǎng)護15～20h，得到粗制料球坯體，再經(jīng)過磨圓制成直徑為15～20mm的球型坯體；

(5)在950～1050℃條件下燒結(jié)球型坯體30～45min，再冷卻至室溫，得到微孔構(gòu)架硬質(zhì)球燒結(jié)體；

(6)將步驟(5)的微孔構(gòu)架硬質(zhì)球燒結(jié)體浸泡于預(yù)制的納米fe(0)懸濁液中22～24小時，取出晾干制成攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球。

本發(fā)明所述的污泥—煤瀝青炭化膜通過下述步驟制得：

(1)用有機溶劑對煤瀝青進(jìn)行溶解構(gòu)成混合液a，其中每100～120ml有機溶劑加入100～140g煤瀝青；

(2)向混合液a中添加污泥濃縮提取液，其中每100～120ml混合液a中加入80～110ml污泥濃縮提取液，構(gòu)成混合包覆液；

(3)以高強度聚酯無紡布作為基層，將混合包覆液涂敷于無紡布基層上，制成厚度3.0～3.5mm的膜體；

(4)將膜體置于120～135℃環(huán)境中，保持恒溫2～2.5小時后迅速降溫至25℃，靜置12～15小時，待膜體無粘性后制成。

本發(fā)明所述的脫水污泥為市政污水處理廠的脫水污泥，含水率65～75％，熱值3000～3600kcal/kg，有機物含量45～55％。

本發(fā)明所述的納米fe(0)懸濁液中納米fe(0)濃度為0.12～0.15g/l。

本發(fā)明所述的有機溶劑為甲苯、二甲苯或苯乙烯。

一種污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻修復(fù)地下水重金屬污染的方法，利用本發(fā)明所述的污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻，在被重金屬污染的區(qū)域進(jìn)行深井鉆孔，將圓柱形立體捕集模塊放置于地下水流經(jīng)路徑位置進(jìn)行修復(fù)。

本發(fā)明所述每個深井鉆孔深度10～50m，鉆孔直徑20～40cm，鉆孔組的布設(shè)方向為垂直于地下水徑流方向，或布設(shè)于需要重點修復(fù)的地下水污染位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)采用市政污水處理廠的脫水污泥作為核心功能材料，膜壁材料制備過程中采用煤瀝青作為炭化膜原料，實現(xiàn)了污泥、煤瀝青的廢物利用，屬于新的資源綜合利用思路。

(2)采用新型微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻材料及工藝，其立體捕集材料由芯區(qū)與膜壁復(fù)合而成可拆卸的模塊，一方面提高了對地下水中重金屬離子進(jìn)行還原、吸附的可靠性，提升了地下水中的重金屬污染物的還原與吸附效率。另一方面具備簡便易行的可操作性，可用于修復(fù)深度10～50m的復(fù)雜情況下的地下水污染問題。對我國地下水重金屬污染防治具有現(xiàn)實意義。

(3)所采用的微孔構(gòu)架硬質(zhì)球，攜帶納米fe(0)離子，可以促進(jìn)fe(0)離子對重金屬離子還原效應(yīng)的穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)揮，避免fe(0)離子由于團聚效應(yīng)而快速失效。

(4)膜壁采用污泥與煤瀝青炭化膜，強度穩(wěn)定性高，可靠性好，不易解體，在復(fù)雜的地下水環(huán)境中耐受沖擊負(fù)荷的能力強。煤瀝青物質(zhì)形成的包覆核殼結(jié)構(gòu)擴大了球體的表面積，同時構(gòu)成化學(xué)雙電層結(jié)構(gòu)，提高了離子穿透穩(wěn)定性，提高了吸附效率。泥中的有機羧酸起到提供構(gòu)造配體的作用，能夠促進(jìn)球體外殼形合成配位聚合物，協(xié)助形成具有穩(wěn)定的剛性結(jié)構(gòu)的有機分子，構(gòu)筑功能型孔道結(jié)構(gòu)。

(5)本發(fā)明所采用的材料均為廉價易得的材料，制備方法簡便，利于推廣應(yīng)用，既屬于環(huán)境污染治理技術(shù)，也屬于一種新型材料制備技術(shù)。

(6)本發(fā)明對cr(ⅵ)、cd(ⅱ)、cu(ⅱ)的修復(fù)效果明顯。對于cr(ⅵ)、cd(ⅱ)、cu(ⅱ)污染濃度為0.1～10mg/l的地下水，放置本發(fā)明的網(wǎng)墻模塊后，5～10天后的cr(ⅵ)、cd(ⅱ)、cu(ⅱ)去除率高于93～96％。

附圖說明

圖1是本發(fā)明立體捕集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯視圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1和圖2所示，一種污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻，由多個立體捕集模塊構(gòu)成一個捕集網(wǎng)墻，所述的立體捕集模塊由芯區(qū)與膜壁復(fù)合而成，芯區(qū)為攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球2，膜壁為污泥—煤瀝青炭化膜1，攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球填充在污泥—煤瀝青炭化膜中構(gòu)成圓柱形立體捕集模塊。

本發(fā)明所述的攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球通過下述步驟制成：

(1)取脫水污泥先在105℃條件下加熱26h，再在85℃條件下加熱10h，而后晾干、粉碎后過45mm篩，制成脫水污泥干粉；

(2)取十二烷基硫酸鈉粉末，溶解于體積為十二烷基硫酸鈉粉末體積18倍的水中，高速攪拌，制備成泡沫；

(3)取步驟(1)的脫水污泥干粉，再取體積為脫水污泥干粉體積5倍的步驟(2)的泡沫于容器中，以20轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至泡沫與脫水污泥干粉均質(zhì)混合成混合物料；

(4)按照常規(guī)方法將步驟(3)的混合物料倒入半球狀模具中，5h后脫模，養(yǎng)護15h，得到粗制料球坯體，再經(jīng)過磨圓制成直徑為15mm的球型坯體；

(5)在950℃條件下燒結(jié)球型坯體30min，再冷卻至室溫，得到微孔構(gòu)架硬質(zhì)球燒結(jié)體；

(6)將步驟(5)的微孔構(gòu)架硬質(zhì)球燒結(jié)體浸泡于預(yù)制的納米fe(0)懸濁液中22小時，取出晾干制成攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球。

本發(fā)明所述的污泥—煤瀝青炭化膜通過下述步驟制得：

(1)用有機溶劑對煤瀝青進(jìn)行溶解構(gòu)成混合液a，其中每100ml有機溶劑加入100g煤瀝青；

(2)向混合液a中添加污泥濃縮提取液，其中每100ml混合液a中加入80ml污泥濃縮提取液，構(gòu)成混合包覆液；

(3)以高強度聚酯無紡布作為基層，將混合包覆液涂敷于無紡布基層上，制成厚度3.0～3.5mm的膜體；

(4)將膜體置于120℃環(huán)境中，保持恒溫2小時后迅速降溫至25℃，靜置12小時，待膜體無粘性后制成。

本實施例所述的脫水污泥為市政污水處理廠的脫水污泥，含水率65％，熱值3000kcal/kg，有機物含量45％。

本實施例所述的納米fe(0)懸濁液中納米fe(0)濃度為0.12g/l。

本實施例所述的有機溶劑為甲苯。

實施例2

如圖1和圖2所示，一種污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻，由多個立體捕集模塊構(gòu)成一個捕集網(wǎng)墻，所述的立體捕集模塊由芯區(qū)與膜壁復(fù)合而成，芯區(qū)為攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球2，膜壁為污泥—煤瀝青炭化膜1，攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球填充在污泥—煤瀝青炭化膜中構(gòu)成圓柱形立體捕集模塊。

本發(fā)明所述的攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球通過下述步驟制成：

(1)取脫水污泥先在110℃條件下加熱30h，再在90℃條件下加熱12h，而后晾干、粉碎后過45mm篩，制成脫水污泥干粉；

(2)取十二烷基硫酸鈉粉末，溶解于體積為十二烷基硫酸鈉粉末體積20倍的水中，高速攪拌，制備成泡沫；

(3)取步驟(1)的脫水污泥干粉，再取體積為脫水污泥干粉體積8倍的步驟(2)的泡沫于容器中，以30轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至泡沫與脫水污泥干粉均質(zhì)混合成混合物料；

(4)按照常規(guī)方法將步驟(3)的混合物料倒入半球狀模具中，10h后脫模，養(yǎng)護20h，得到粗制料球坯體，再經(jīng)過磨圓制成直徑為20mm的球型坯體；

(5)在1050℃條件下燒結(jié)球型坯體45min，再冷卻至室溫，得到微孔構(gòu)架硬質(zhì)球燒結(jié)體；

(6)將步驟(5)的微孔構(gòu)架硬質(zhì)球燒結(jié)體浸泡于預(yù)制的納米fe(0)懸濁液中24小時，取出晾干制成攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球。

本發(fā)明所述的污泥—煤瀝青炭化膜通過下述步驟制得：

(1)用有機溶劑對煤瀝青進(jìn)行溶解構(gòu)成混合液a，其中每120ml有機溶劑加入140g煤瀝青；

(2)向混合液a中添加污泥濃縮提取液，其中每100～120ml混合液a中加入110ml污泥濃縮提取液，構(gòu)成混合包覆液；

(3)以高強度聚酯無紡布作為基層，將混合包覆液涂敷于無紡布基層上，制成厚度3.5mm的膜體；

(4)將膜體置于135℃環(huán)境中，保持恒溫2.5小時后迅速降溫至25℃，靜置15小時，待膜體無粘性后制成。

本發(fā)明所述的脫水污泥為市政污水處理廠的脫水污泥，含水率75％，熱值3600kcal/kg，有機物含量55％。

本實施例所述的納米fe(0)懸濁液中納米fe(0)濃度為0.15g/l。

本實施例所述的有機溶劑為二甲苯。

實施例3

如圖1和圖2所示，一種污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻，由多個立體捕集模塊構(gòu)成一個捕集網(wǎng)墻，所述的立體捕集模塊由芯區(qū)與膜壁復(fù)合而成，芯區(qū)為攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球2，膜壁為污泥—煤瀝青炭化膜1，攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球填充在污泥—煤瀝青炭化膜中構(gòu)成圓柱形立體捕集模塊。

本發(fā)明所述的攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球通過下述步驟制成：

(1)取脫水污泥先在108℃條件下加熱28h，再在87℃條件下加熱11h，而后晾干、粉碎后過45mm篩，制成脫水污泥干粉；

(2)取十二烷基硫酸鈉粉末，溶解于體積為十二烷基硫酸鈉粉末體積19倍的水中，高速攪拌，制備成泡沫；

(3)取步驟(1)的脫水污泥干粉，再取體積為脫水污泥干粉體積7倍的步驟(2)的泡沫于容器中，以25轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至泡沫與脫水污泥干粉均質(zhì)混合成混合物料

(4)按照常規(guī)方法將步驟(3)的混合物料倒入半球狀模具中，7h后脫模，養(yǎng)護18h，得到粗制料球坯體，再經(jīng)過磨圓制成直徑為18mm的球型坯體；

(5)在1000℃條件下燒結(jié)球型坯體40min，再冷卻至室溫，得到微孔構(gòu)架硬質(zhì)球燒結(jié)體；

(6)將步驟(5)的微孔構(gòu)架硬質(zhì)球燒結(jié)體浸泡于預(yù)制的納米fe(0)懸濁液中23小時，取出晾干制成攜帶納米fe(0)的污泥基微孔構(gòu)架硬質(zhì)球。

本發(fā)明所述的污泥—煤瀝青炭化膜通過下述步驟制得：

(1)用有機溶劑對煤瀝青進(jìn)行溶解構(gòu)成混合液a，其中每110ml有機溶劑加入120g煤瀝青；

(2)向混合液a中添加污泥濃縮提取液，其中每110ml混合液a中加入100ml污泥濃縮提取液，構(gòu)成混合包覆液；

(3)以高強度聚酯無紡布作為基層，將混合包覆液涂敷于無紡布基層上，制成厚度3.2mm的膜體；

(4)將膜體置于130℃環(huán)境中，保持恒溫2.3小時后迅速降溫至25℃，靜置14小時，待膜體無粘性后制成。

本發(fā)明所述的脫水污泥為市政污水處理廠的脫水污泥，含水率70％，熱值3300kcal/kg，有機物含量50％。

本實施例所述的納米fe(0)懸濁液中納米fe(0)濃度為0.13g/l。

本實施例所述的有機溶劑為苯乙烯。

實施例4

一種污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻修復(fù)地下水重金屬污染的方法，利用本發(fā)明所述的污泥基微孔構(gòu)架捕集網(wǎng)墻，在被重金屬污染的區(qū)域進(jìn)行深井鉆孔，每個深井鉆孔深度10～50m，鉆孔直徑20～40cm，鉆孔組的布設(shè)方向為垂直于地下水徑流方向，或布設(shè)于需要重點修復(fù)的地下水污染位置，將圓柱形立體捕集模塊放置于地下水流經(jīng)路徑位置進(jìn)行修復(fù)。