一種去除地下水重金屬砷污染的介質材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環保領域中地下水污染修復范疇，具體地涉及一種去除地下水重金屬砷污染的介質材料。
[0002]本發明還涉及上述介質材料的制備方法。
【背景技術】
[0003]重金屬砷是地下水中的主要污染物，近年來，由于工業的發展，大量采礦、燃煤、造紙、顏料等工業廢水的排放，使得地下水中重金屬砷含量急劇增加，嚴重影響人體健康和生態環境安全。砷在地下水環境中主要以無機砷As(III)和As(V)的形態存在，且前者的毒性很大，約為后者的60倍。
[0004]在各種地下水修復技術中，介質材料的選擇直接影響污染物的去除效果，是修復效果良好與否的關鍵。目前去除重金屬砷的介質材料主要有活性炭、零價鐵、膨潤土、沸石等，但這些材料普遍存在修復效果差、使用壽命短等缺點，尤其對于多價態的重金屬砷而言，這些材料對于As(III)的去除率較低，往往需要進行預氧化前處理。因此，急需開發一種高效、廉價、可同時去除地下水中As(III)和As (V)的介質材料。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種去除地下水重金屬砷污染的介質材料。
[0006]本發明的又一目的在于提供上述介質材料的制備方法。
[0007]為實現上述目的，本發明提供的介質材料，是由錳礦石、海泡石、秸桿、動物糞便、活性污泥和活性菌劑按質量比1:0.2 ~ 0.5:0.5?1:0.2?0.4:0.2?0.4:0.0005?0.002經過混合、堆肥、碳化、破碎后形成平均粒徑為I?3cm的顆粒材料。
[0008]所述的介質材料中:錳礦石為硬錳礦，平均粒徑為0.5?4cm ;海泡石平均粒徑為0.5?3cm ;秸桿為玉米秸桿，長度為2?5cm ;動物糞便為粉碎的牛羊糞便，含水量低于40% ;活性菌劑為液態錳氧化菌與木質纖維素降解菌，按質量比為2?4:1混合而成；活性污泥取自污水處理廠沉淀池中的剩余污泥，污泥指數在100?150之間。
[0009]本發明提供的制備上述介質材料的方法，主要步驟為:
[0010]I)將錳礦石、海泡石、秸桿、動物糞便和活性污泥按照質量比1:0.2?0.5:0.5?1:0.2?0.4:0.2?0.4均勻混合，在此過程中不斷加入配制好的活性菌劑，活性菌劑的加入量與錳礦石的質量比為0.0005?0.002:1 ；
[0011]2)配制好的混合物放入堆肥反應器中進行堆肥處理，通過不定期翻堆和噴灑水，保障良好的堆肥環境；
[0012]3)堆肥完成后，將堆肥產品放入干餾釜中進行干餾碳化，干餾碳化的最終溫度控制在370?400°C，冷卻后得到碳化產品；
[0013]4)將碳化產品進行破碎造粒成平均粒徑為I?3cm的顆粒，即為目標產物。
[0014]所述的方法，其中:錳礦石為硬錳礦，平均粒徑為0.5?4cm ;海泡石的平均粒徑為0.5?3cm ;秸桿為玉米秸桿，長度為2?5cm ;動物糞便為牛羊糞便，含水量低于40% ;活性污泥取自污水處理廠沉淀池中的剩余污泥，污泥指數在100?150之間；活性菌劑為液態錳氧化菌與木質纖維素降解菌，質量比為2?4:1。
[0015]所述的方法，其中，在堆肥前1/3時期，每3?4天進行一次翻堆沖期每7天進行一次翻堆；后1/3時期每12天進行一次翻堆。
[0016]所述的方法，其中，每次翻堆的同時對堆肥原料噴灑水以使其含水率始終保持在60%。
[0017]本發明的介質材料，具有如下幾個優點:
[0018]1、本發明的介質材料經過堆肥處理后具有較高的氧化活性，可以將毒性強的As(III)氧化成低毒性的As (V)，氧化率在95%以上；
[0019]2、本發明的介質材料具有不規則的空間結構，使其具備更高的吸附活性，有利于砷嵌入到該空間結構中。
[0020]3、本發明的介質材料安全環保，使用壽命長，不會造成地下水的二次污染。
【具體實施方式】
[0021]本發明的介質材料，是由錳礦石、海泡石、秸桿、動物糞便、活性污泥和活性菌劑經混合、堆肥、碳化、破碎過程制得，可有效去除地下水中的重金屬砷。
[0022]本發明提供的介質材料為顆粒狀，是由錳礦石、海泡石、秸桿、動物糞便、活性污泥和活性菌劑按比例經過混合、堆肥、碳化、破碎成的平均粒徑為I?3cm的顆粒狀物質。其中，錳礦石為平均粒徑在0.5?4m之間的硬錳礦，海泡石平均粒徑為0.5?3cm，秸桿采用長度為2?5cm的玉米秸桿，動物糞便為含水量低于40%的牛羊糞便，活性污泥取自污水處理廠沉淀池中的剩余污泥(SVI在100?150之間)，活性菌劑是質量比為2?4:1的液態錳氧化菌和木質素纖維降解菌。錳礦石、海泡石、秸桿、動物糞便和活性污泥按質量比為1:0.2?0.5:0.5?1:0.2?0.4:0.2?0.4進行充分混合，在此過程中不斷加入配制好的活性菌劑，加入量與錳礦石的質量比為0.0005?0.002:1。將配制好的混合物放入堆肥反應器中進行堆肥，堆肥時間為30?40周，通過不定期翻堆和噴灑水以保障良好的堆肥環境，其中，前1/3時期每3?4天進行一次翻堆，中期每7天進行一次翻堆，后1/3時期每12天進行一次翻堆。每次翻堆時，噴灑水以使堆肥原料含水率始終控制在60%。堆肥完成后，將堆肥產品放入干餾釜中進行干餾碳化，控制碳化最終溫度在370?400°C，總碳化時間為6?12h，干飽產品冷卻后進行破碎造粒，最終得到平均粒徑為I?3cm的介質材料。
[0023]實施例1
[0024]將2kg硬猛礦顆粒(0.5?2cm)，400g海泡石(0.5?2cm)，1.5kg長度為3cm的玉米秸桿，350g牛糞，400g活性污泥充分混合，在此過程中不斷加入以20g液態錳氧化菌和5g液態木質纖維素降解菌配置成的活性菌劑。混合均勻后，將混合物放入堆肥反應器中進行堆肥處理，堆肥時間為30周，前10周每4天進行一次翻堆；11?20周每7天進行一次翻堆；后10周每12天進行一次翻堆。每次翻堆時，噴灑水以使堆肥原料含水率始終控制在60%左右。堆肥完成后，將堆肥產品放入干餾釜中進行干餾碳化，碳化最終溫度控制在380°C左右，總碳化時間為8h，冷卻后進行破碎造粒，得到平均粒徑為I?3cm的介質材料。
[0025]將所制備的50kg介質材料作為可滲透反應墻的活性介質材料，修復砷污染(As(III)濃度為0.3mg/L, As (V)濃度為0.2mg/L)的地下水。可滲透反應墻運行兩個月期間，通過檢測分析兩種形態的砷在固液相的含量，得到該介質材料對As (III)的氧化率為
95.4%，對總As的吸附率保持在96.1?97.2%之間。
[0026]實施例2
[0027]將5kg硬猛礦顆粒(0.5?1cm)，2kg海泡石(I?3cm)，2.5kg長度為4cm的玉米秸桿，1.5kg牛糞，1.2kg活性污泥充分混合，在此過程中不斷加入以60g液態錳氧化菌和15g液態木質纖維素降解菌配置成的活性菌劑。混合均勻后，將混合物放入堆肥反應器中進行堆肥處理，堆肥時間為36周，前12周每4天進行一次翻堆；13?24周每7天進行一次翻堆；后12周每12天進行一次翻堆。每次翻堆時，噴灑水以使堆肥原料含水率始終控制在60%。堆肥完成后，將堆肥產品放入干餾釜中進行干餾碳化，碳化最終溫度控制在390°C左右，總碳化時間為7h，冷卻后進行破碎造粒，得到平均粒徑為I?3cm的介質材料。
[0028]將所制備的50kg介質材料作為可滲透反應墻的活性介質材料，修復砷污染(As(III)濃度為0.5mg/L, As (V)濃度為0.5mg/L)的地下水。可滲透反應墻運行兩個月期間，通過檢測分析兩種形態的砷在固液相的含量，得到該介質材料對As (III)的氧化率為
96.9%,對總As的吸附率保持在96.4?97.8%之間。
【主權項】
1.一種去除地下水重金屬砷污染的介質材料，是由錳礦石、海泡石、秸桿、動物糞便、活性污泥和活性菌劑按質量比1: 0.2?0.5:0.5?1: 0.2?0.4:0.2?0.4:0.0005?0.002經過混合、堆肥、碳化、破碎后形成平均粒徑為I?3cm的顆粒材料。
2.根據權利要求1所述的介質材料，其中: 猛礦石為硬猛礦，平均粒徑為0.5?4cm ； 海泡石平均粒徑為0.5?3cm ； 秸桿為玉米秸桿，長度為2?5cm ; 動物糞便為粉碎的牛羊糞便，含水量低于40% ； 活性菌劑為液態錳氧化菌與木質纖維素降解菌，按質量比為2?4:1混合而成； 活性污泥取自污水處理廠沉淀池中的剩余污泥，污泥指數在100?150之間。
3.制備權利要求1所述介質材料的方法，主要步驟為: 1)將錳礦石、海泡石、秸桿、動物糞便和活性污泥按照質量比1:0.2?0.5:0.5?1:0.2?0.4:0.2?0.4均勻混合，在此過程中不斷加入配制好的活性菌劑，活性菌劑的加入量與錳礦石的質量比為0.0005?0.002:1 ； 2)配制好的混合物放入堆肥反應器中進行堆肥處理，通過不定期翻堆和噴灑水，保障良好的堆肥環境； 3)堆肥完成后，將堆肥產品放入干餾釜中進行干餾碳化，干餾碳化的最終溫度控制在370?400°C，冷卻后得到碳化產品； 4)將碳化產品進行破碎造粒成平均粒徑為I?3cm的顆粒，即為目標產物。
4.根據權利要求3所述的方法，其中: 猛礦石為硬猛礦，平均粒徑為0.5?4cm ； 海泡石的平均粒徑為0.5?3cm ； 秸桿為玉米秸桿，長度為2?5cm ; 動物糞便為牛羊糞便，含水量低于40% ； 活性污泥取自污水處理廠沉淀池中的剩余污泥，污泥指數在100?150之間； 活性菌劑為液態錳氧化菌與木質纖維素降解菌，質量比為2?4:1。
5.根據權利要求3所述的方法，其中，在堆肥前1/3時期，每3?4天進行一次翻堆；中期每7天進行一次翻堆；后1/3時期每12天進行一次翻堆。
6.根據權利要求3或5所述的方法，其中，每次翻堆的同時對堆肥原料噴灑水以使其含水率始終保持在60%。
【專利摘要】一種去除地下水重金屬砷污染的介質材料，是由錳礦石、海泡石、秸稈、動物糞便、活性污泥和活性菌劑按質量比1:0.2～0.5:0.5～1:0.2～0.4:0.2～0.4:0.0005～0.002經過混合、堆肥、碳化、破碎后形成平均粒徑為1～3cm的顆粒材料。本發明還公開了制備上述介質材料的方法。本發明的介質材料可有效去除地下水中多價態的砷，使用壽命長，不會造成地下水的二次污染。
【IPC分類】B01J20-20, C02F1-72, B01J20-30, C02F1-58, C02F1-28
【公開號】CN104874350
【申請號】CN201510247526
【發明人】姜永海, 席北斗, 廉新穎, 楊昱, 馬志飛, 徐祥健, 李娟 , 孟繁華
【申請人】中國環境科學研究院
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月15日