一種在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水凈化技術領域，特別是指一種在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置。
【背景技術】
[0002]岸濾取水起源于十九世紀七十年代的歐洲，并在第二次世界大戰以后得到了普遍應用。在第二次世界大戰之后，由于河流受到市政和工業廢水的污染，萊茵河、易北河、多瑙河和塞納河等歐洲主要河流的沿岸國家廣泛采用岸濾取水技術來獲取飲用水。
[0003]岸濾取水過程中的過濾作用、吸附作用、酸堿中和作用、氧化還原作用、水解作用、生物地球化學等其他天然衰減作用的影響能夠較好的去除污染物質，因此岸濾取水作為一種高效、低成本的飲用水處理或預處理方法已受到世界范圍內普遍關注。
[0004]隨著經濟的發展和人口增長，人類對環境的破壞與日倶增，同時隨著降水量的減少，地下水的超標開采，地下水區域水位下降，我國地下水污染程度日益嚴重。其中，工業廢水、城市生活污水、生活垃圾產生的溶出物、農業中氮肥的過量使用，產生了大量的含氮化合物和有機物質。這些物質進入水體或土壤后，部分隨降水直接進入地下水，部分隨地表徑流往下游迀移并下滲，使得地下水中氨氮含量增高，形成了岸濾取水過程中污染物主要的污染類型之一。在傍河區地下水氨氮污染修復技術較為常用的是抽出處理法，即將受氨氮污染的地下水抽出地表進行處理后，再使用通常折點加氯、投加吸附劑等比較常用的方法，它們無需改變水廠原有運行工藝，無需新建水處理設施，且應用方便、處理性能穩定、比較經濟，在實際應用中具有更強的適應性。但是處理成本高，并且會產生諸如消毒副產物等有毒物質的二次污染。
[0005]滲透反應格柵(Permeable Reactive Barrier，PRB)是指通過在地下含水層補給路徑上安置反應介質以攔截污染羽，受污染的地下水流通過反應介質，利用降解、吸附、沉淀反應將污染物轉化為環境可接受的形式，從而實現格柵下游污染物修復目的。相對于抽出處理法技術，技術具有操作簡單、維護成本低和對環境影響小的特點，目前已經成功的應用在國外的一些地下水污染地區。但是通過選用不同的反應介質，則以不同的反應機理去除地下水中的氨氮。目前，國內針對PRB技術的反應介質問題仍然處于初試階段。因此，探索一種高效、低成本的反應介質應用于岸濾取水過程中氨氮的去除，對于我國北方地區及全國傍河取水的開采具有重要的意義。
[0006]同時，傍河水源地是我國北方地區重要的供水水源，其氨氮污染問題因人類活動及地表水污染影響而日益凸顯。作為一種高效低成本的地下水污染修復材料，凹凸棒石及其改性產物得到越來越廣泛的關注。綜合國內外現狀，凹凸棒在應用方面的主要特點是:大力發展深加工，充分開發其本身的優異性能，增加或賦予礦物必要的特性，以提高其利用性能和價值。凹凸棒石加工是指針對其用途，利用各種方法或措施提高其純度，或改變其礦物結構、化學組成等，進一步擴大或改善其應用范圍，其有效途徑之一是改性。
[0007]王雅萍等在2014進行了硅酸鹽礦物對廢水中氨氮吸附性能的研究，采用焙燒、酸化、鈉化和堿化四種改性方法對其改性，用模擬氨氮廢水進行了吸附實驗。通過研究發現堿改性后的沸石、凹凸棒石粘土和膨潤土對模擬氨氮廢水的去除率較高。還研究了結構特征和PH值對吸附效果的影響;結果表明:堿化后礦物的比表面比天然的都得到較大的提高，氨氮在礦物上的吸附容量隨著PH值的升高而增加;但在較高pH值下，其吸附容量反而降低，堿改性樣品對氨氮的吸附性能得到很大程度的提高。
[0008]李圣品等在2015年針對傍河水源地的氨氮污染問題，在沈陽市傍河型水源地的氨氮進行了野外研究區的水文地質調查，在查明研究區氨氮污染特征的基礎上，結合室內批試驗、柱實驗和數值模擬，篩選出最佳的氨氮去除方案，提出了研究區滲透反應格柵(PRB)構建方案，并成功構建了示范工程尺度的PRB，用以去除地下水中的氨氮污染。通過試驗證實了利用微生物硝化作用結合沸石的吸附作用去除地下水中氨氮是可行的。通過對研究區水質數值模擬，發現構建有一定弧度的PRB能最大限度的保護水源井。并且在PRB的構建過程中，利用高壓旋噴技術和旋挖技術解決了大深度(> 30m)，PRB的構建問題，且PRB建成運行監測表明，示范工程尺度的PRB能有效阻斷和去除地下水中氨氮。
[0009]但是目前針對傍河區地下水氨氮污染修復都著重在異位修復，對原位修復方法的研究較少。而在已有的原位修復研究中大多采用PRB技術或者是PRB技術與其他技術聯用的方式，并且對于PRB技術中反應介質的問題上一直處于探索階段。另外，凹凸棒作為一種水處理中的吸附材料，國內外的研究大多集中在對有機物類和重金屬類的吸附研究，對氨氮的吸附研究也偏重于對醫藥、印染等廢水中的研究；因此國內外一直沒有將凹凸棒作為吸附介質用于岸濾取水過程中氨氮去除的相關研究。
[0010]名詞解釋:
[ΟΟ?? ] 1、岸濾取水:即傍河取水(riverbank filtrat1n,RBF)，是利用河岸或者湖岸天然的凈化能力將流過的水進行凈化，然后在距河流或湖泊一定距離利用抽水井開采飲用水的一種過濾技術。
[0012]2、凹凸棒土(attapulgite)，又名坡縷石(palygorskite)，是一種層鏈狀富鎂招娃酸鹽粘土礦物，成細小的棒狀、纖維狀晶體形態，具有較高的比表面積和吸附能力。
[0013]3、原位去除:指在污染發生的場地里通過各種工程技術方法，直接將污染物從包氣帶土層和地下水中去除，以便恢復其原來的環境功能的原位修復。
【發明內容】
[0014]本發明要解決的技術問題是提供一種在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，能夠更好的對堿改性凹凸棒去除傍河區地下水的氨氮的效果進行試驗，以為水凈化技術改進提供更好的依據。
[0015]為了實現上述目的，本發明實施例提出了一種堿改性凹凸棒動態去除氨氮試驗的設備，包括:
[0016]密封的A柱填料區、B柱填料區、C柱填料區；
[0017]其中所述A柱填料區頂部設有入水口，且A柱填料區底部與B柱填料區的底部導通，且B柱填料區頂部與C柱填料區頂部導通，所述C柱填料區底部設有出水口；
[0018]所述A柱填料區填充有含膨潤土的釋氧材料和天然河砂的混合物；
[0019]所述B柱填料區內填充有堿改性凹凸棒石；[0020 ]所述C柱填料區填充有粒徑I 一 2_的天然沸石。
[0021]進一步，所述含膨潤土的釋氧材料和天然河砂的混合物，包括:含有膨潤土的粒徑2—3cm釋氧材料和粒徑小于2mm的天然河砂;且所述含有膨潤土的粒徑2—3cm釋氧材料與粒徑小于2mm的天然河砂的重量比為1:8;
[0022]其中，所述釋氧材料中膨潤土與釋氧材料質量比在10:1.0—2.0。
[0023]進一步，所述釋氧材料的制備方法如下:
[0024](I)稱取一定量的過氧化鈣、砂、膨潤土、磷酸鉀和氯化銨、水泥和水依順序按重量比1.5:0.7:0.6:0.8:0.7:1.4:2于500mL的聚四氟乙烯的燒杯；
[0025](2)用磁力攪拌器在180r/min的轉速下攪拌30min使其充分混合、分散均勾；
[0026](3)混合均勻后制作成2cm左右的立方體小塊，在自然條件下風干。
[0027]進一步，B柱填料區內填充的堿改性凹凸棒石通過以下方式制備:
[0028]稱取相同質量的凹凸棒石和NaOH混合均勻后混合均勻后放入馬弗爐550°C加熱2h；
[0029 ] (2)取出后混合均勻加入75mL的蒸餾水，在烘箱內100 °C加熱8h;
[0030](3)冷卻后加入50mL lmol/L的氯化鈉溶液，混合均勻，再用lmol/L HCl調節pH =6；
[0031](4)離心后將固體烘干。
[0032]進一步，所述密封的A柱填料區、B柱填料區、C柱填料區分別設置在500mm X 50mm X60mm密封有機玻璃柱A、B、C中，所述有機玻璃柱A、B、C的頂端中心設有高50mm、內徑20mm、夕卜徑30mm的進水柱，底端為厚度10_、長寬均為I OOmm的中心有內徑50mm開口的正方形。
[0033]進一步，所述有機玻璃柱A、B、C還設有底座，所述底座為厚度20mm、長寬均為10mm的中心有內徑20mm、外徑30mm、高50mm出水柱的正方形。
[0034]進一步，所述有機玻璃柱A、B、C中過PVC材質的塑料管進行串聯。
[0035]本發明上述技術方案的具有如下有益效果:
[0036]上述方案中，利用釋氧材料和堿改性凹凸棒在岸濾取水過程中，聯用動態原位去除氨氮，能夠將區域內的地下水氨氮濃度至少降低到地下水水質的m類標準，解決了現有地下水中氨氮的污染問題。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發明實施例的在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置的結構示意圖。
[0038]圖2為圖1中的有機玻璃柱的底座的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0039]為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0040]為解決現有地下水中氨氮的污染問題，本發明的實施例提供一種在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置。
[0041]如圖1和圖2所示的，本發明實施例提出了一種在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，所述設備包括:
[0042]密封的A柱填料區、B柱填料區、C柱填料區；
[0043]其中所述A柱填料區頂部設有入水口，且A柱填料區底部與B柱填料區的底部導通，且B柱填料區頂部與C柱填料區頂部導通，所述C柱填料區底部設有出水口；
[0044]所述A柱填料區填充有含膨潤土的釋氧材料和天然河砂的混合物；
[0045]所述B柱填料區內填充有堿改性凹凸棒石；
[0046]所述C柱填料區填充有粒徑I一 2mm的天然沸石。
[0047]進一步，所述含膨潤土的釋氧材料和天然河砂的混合物，包括:含有膨潤土的粒徑2—3cm釋氧材料和粒徑小于2mm的天然河砂;且所述含有膨潤土的粒徑2—3cm釋氧材料與粒徑小于2mm的天然河砂的重量比為1:8;
[0048]其中，所述釋氧材料中膨潤土與釋氧材料質量比在10:1.0—2.0。
[0049]進一步，所述釋氧材料的制備方法如下:
[0050](I)稱取一定量的過氧化鈣、砂、膨潤土、磷酸鉀和氯化銨、水泥和水依順序按重量比1.5:0.7:0.6:0.8:0.7:1.4:2于500mL的聚四氟乙烯的燒杯；
[0051 ] (2)用磁力攪拌器在180r/min的轉速下攪拌30min使其充分混合、分散均勾；
[0052](3)混合均勻后制作成2cm左右的立方體小塊，在自然條件下風干。
[0053]進一步，B柱填料區內填充的堿改性凹凸棒石通過以下方式制備:
[0054]稱取相同質量的凹凸棒石和NaOH混合均勻后混合均勻后放入馬弗爐550°C加熱2h；
[0055](2)取出后混合均勻加入75mL的蒸餾水，在烘箱內100 °C加熱8h;
[0056](3)冷卻后加入50mL lmol/L的氯化鈉溶液，混合均勻，再用lmol/L HCl調節pH =6；
[0057](4)離心后將固體烘干。
[0058]再如圖1和圖2所示的，本發明實施例中，所述密封的A柱填料區、B柱填料區、C柱填料區分別設置在500mmX50mmX60mm密封有機玻璃柱A、B、C中，所述有機玻璃柱A、B、C的頂端中心設有高50mm、內徑20mm、外徑30mm的進水柱，底端為厚度10mm、長寬均為10mm的中心有內徑50mm開口的正方形，所述正方形底端的四個角設有內徑1mm的螺紋。
[0059]所述有機玻璃柱A、B、C還設有底座，所述底座為厚度20mm、長寬均為10mm的中心有內徑20mm、外徑30mm、高50mm出水柱的正方形;所述正方形底座的四個角設有內徑1mm的螺紋，以與有機玻璃柱A、B、C的底端適配固定連接。所述有機玻璃柱A、B、C中過PVC材質的塑料管進行串聯。
[0060]本發明上述技術方案的具有如下有益效果:
[0061]上述方案中，利用釋氧材料和堿改性凹凸棒在岸濾取水過程中，聯用動態原位去除氨氮，能夠將區域內的地下水氨氮濃度至少降低到地下水水質的m類標準，解決了現有地下水中氨氮的污染問題。
[0062]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，其特征在于，包括: 密封的A柱填料區、B柱填料區、C柱填料區； 其中所述A柱填料區頂部設有入水口，且A柱填料區底部與B柱填料區的底部導通，且B柱填料區頂部與C柱填料區頂部導通，所述C柱填料區底部設有出水口； 所述A柱填料區填充有含膨潤土的釋氧材料和天然河砂的混合物； 所述B柱填料區內填充有堿改性凹凸棒石； 所述C柱填料區填充有粒徑I 一 2mm的天然沸石。2.根據權利要求1所述的在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，其特征在于，所述含膨潤土的釋氧材料和天然河砂的混合物，包括:含有膨潤土的粒徑2—3cm釋氧材料和粒徑小于2mm的天然河砂;且所述含有膨潤土的粒徑2—3cm釋氧材料與粒徑小于2mm的天然河砂的重量比為1:8; 其中，所述釋氧材料中膨潤土與釋氧材料質量比在10:1.0—2.0。3.根據權利要求2所述的在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，其特征在于， 所述釋氧材料的制備方法如下: (1)稱取一定量的過氧化鈣、砂、膨潤土、磷酸鉀和氯化銨、水泥和水依順序按重量比1.5:0.7:0.6:0.8:0.7:1.4:2 于 500mL 的聚四氟乙烯的燒杯； (2)用磁力攪拌器在180r/min的轉速下攪拌30min使其充分混合、分散均勾； (3)混合均勻后制作成2cm左右的立方體小塊，在自然條件下風干。4.根據權利要求1所述的在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，其特征在于，B柱填料區內填充的堿改性凹凸棒石通過以下方式制備: 稱取相同質量的凹凸棒石和NaOH混合均勻后混合均勻后放入馬弗爐550 °C加熱2h; (2)取出后混合均勻加入75mL的蒸餾水，在烘箱內100°C加熱8h; (3)冷卻后加入50mLlmol/L的氯化鈉溶液，混合均勻，再用lmol/L HCl調節pH=6; (4)離心后將固體烘干。5.根據權利要求1-4任一項所述的在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，其特征在于，所述密封的A柱填料區、13柱填料區、C柱填料區分別設置在500mm X 50mm X 60mm密封有機玻璃柱A、B、C中，所述有機玻璃柱A、B、C的頂端中心設有高50mm、內徑20mm、外徑30mm的進水柱，底端為厚度10_、長寬均為I OOmm的中心有內徑50mm開口的正方形。6.根據權利要求5所述的在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，其特征在于，所述有機玻璃柱A、B、C還設有底座，所述底座為厚度20mm、長寬均為10mm的中心有內徑20mm、外徑30mm、高50mm出水柱的正方形。7.根據權利要求5所述的在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，其特征在于，所述有機玻璃柱A、B、C中過PVC材質的塑料管進行串聯。
【專利摘要】本發明提供了一種在岸濾取水過程中原位去除氨氮的裝置，所述設備包括：密封的A柱填料區、B柱填料區、C柱填料區，其中所述A柱填料區頂部設有入水口，且A柱填料區底部與B柱填料區的底部導通，且B柱填料區頂部與C柱填料區頂部導通，所述C柱填料區底部設有出水口；所述A柱填料區填充有含膨潤土的釋氧材料和天然河砂的混合物；所述B柱填料區內填充有堿改性凹凸棒石；所述C柱填料區填充有粒徑1—2mm的天然沸石。上述方案中，利用釋氧材料和堿改性凹凸棒在岸濾取水過程中，聯用動態原位去除氨氮，能夠將區域內的地下水氨氮濃度至少降低到地下水水質的Ⅲ類標準，解決了現有地下水中氨氮的污染問題。
【IPC分類】C02F1/28, C02F1/58
【公開號】CN105712454
【申請號】CN201610076484
【發明人】鄭曉笛, 滕彥國, 宋柳霆, 張波濤, 翟遠征
【申請人】北京師范大學