纳米铁浆反应带原位修复硝基苯污染地下水的方法

摘要

本发明涉及一种纳米铁浆反应带原位修复硝基苯污染地下水的方法。在地下水污染区打一口以上注入井和观测井，将预先制备好的纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆灌入注入井，灌注时要实时监测观测井中目标污染物，当达到预期处理效果时停止灌注。目标污染物硝基苯转化为易生物降解的苯胺，其转化率大于95％，同时其它长链的难降解有机污染物也可转化为短链的相对易生物降解的有机物；反应区域呈现碱性厌氧环境，有利于厌氧微生物的生长；所制备的纳米铁浆及淀粉改性纳米铁浆均有较大比表面积，能大量吸附、拦截地下水中的其它杂质；无二次污染，绿色环保，成本低，维护方便，维护费用低，操作和运行管理方便；处理目标污染物直接、快速、效率高。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种受污染地下水的原位修复方法，尤其是用纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆原位修复硝基苯污染地下水的方法。

背景技术：

近年来，随着经济的快速发展，地下水有机污染的事件越来越多，越来越引起人们的关注。地下水一旦遭受污染，它的治理和恢复是非常困难的，治理费用巨大，所需的时间很长。

目前地下水有机污染的修复方法主要有异位处理法和原位处理法。异位处理法主要是抽取处理，但该方法存在修复时间长，后期存在拖尾效应，导致处理效率低等缺点；原位处理的主要方法包括：地下曝气法(AS)、可渗透反应墙(PRB)法、原位微生物修复等，其中地下曝气法只能处理具有挥发性的有机污染物；可渗透反应墙技术具有建造成本高、容易堵塞等缺点；原位微生物修复时由于地下环境温度低、介质复杂等因素，该方法的应用受到限制；原位反应带修复技术能最大程度的减少污染物的暴露及对环境的扰动，具有投资少、效益高、施工应用简便等优点，因此近年来越来越受到人们的关注。

传统制备纳米铁的过程中会添加乙醇或一些其它起分散作用的表面活性剂，Feng He等(2005)以FeCl₃和NaBH₄为反应试剂，水溶性淀粉为分散剂，制备出的淀粉改性纳米铁更为绿色、环保，但是并未确定出水溶性淀粉的最佳配比，也未确定出此方法制备淀粉改性纳米铁浆的最大浓度，同时FeCl₃和NaBH₄价格较高。

发明内容：

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种用纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆反应带原位修复硝基苯污染地下水的方法。

本发明的另一目的是提供一种纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆。

本发明的再一目的是提供一种纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

纳米铁浆反应带原位修复硝基苯污染地下水的方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：

——在地下水污染晕纵向分布的中间位置，与地下水流向垂直的方向打一口以上注入井1，在注入井1的下游3-5m处打一口以上观测井2，注入井与注入井的间距为6-10m，注入井1和观测井2的井深均达到被污染地下水污染晕的下界面；

——将预先制备好的纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆灌入注入井，按污染物所需理论值的2-3倍灌注纳米铁浆液或淀粉改性纳米铁浆液，灌注时采用无压脉冲灌注，灌注时要实时监测观测井中目标污染物，当达到预期处理效果时停止灌注，灌注物逐渐形成纳米铁浆反应带或淀粉改性纳米铁浆反应带。

纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆，各组分按质量百分比为：

脱氧去离子水78％——98％

淀粉        0％——1％

可溶铁盐    1％——12％

可溶硼氢盐  1％——9％。

所制备淀粉改性纳米铁浆液的浓度上限为30g/L。

纳米铁浆的制备方法，在厌氧环境下进行，包括以下顺序和步骤：

a、将可溶铁盐1-150g溶于400ml脱氧去离子水中，制备成铁盐溶液；

b、将1-110g可溶硼氢盐溶于500ml脱氧去离子水中，制备成硼氢盐溶液；

c、边手动搅拌铁盐溶液，边将硼氢盐溶液逐滴滴入铁盐溶液中。滴完后继续手动搅拌20-30min；

d、用磁铁将黑色颗粒集中在烧杯底部，吸出上清液，用脱氧去离子水洗涤黑色颗粒三次，去除浆液中的其它杂质离子，加入所需体积的脱氧去离子水，即为纳米铁浆。

淀粉改性纳米铁浆的制备方法，在厌氧环境下进行，包括以下顺序和步骤：

e、将1-10g淀粉溶于200ml脱氧去离子水中，制备成淀粉溶液；

f、将可溶铁盐1-150g溶于400ml脱氧去离子水中，制备成铁盐溶液；

g、将1-110g可溶硼氢盐溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硼氢盐溶液；

h、在不停搅拌淀粉溶液的条件下将铁盐溶液逐滴滴入淀粉溶液中，制成混合溶液；

i、边手动搅拌混合溶液边将可溶硼氢盐溶液逐滴滴入混合溶液中，滴完后继续搅拌20-30min；

j、用磁铁将黑色颗粒集中在烧杯底部，吸出上清液，用脱氧去离子水洗涤黑色颗粒三次，去除浆液中的其它杂质离子，加入所需体积的脱氧去离子水，即为淀粉改性纳米铁浆。

所述的注入井1和观测井2在平面上的分布为矩形网格式分布。

所述的可溶铁盐为硫酸亚铁、三氯化铁或二氯化铁，所述的可溶硼氢盐为硼氢化钾或硼氢化钠。

有益效果：纳米铁或淀粉改性纳米铁浆液原位注入地下后，可使目标污染物硝基苯转化为易生物降解的苯胺，硝基苯的转化率大于95％，同时其它长链的难降解有机污染物也可以转化为短链的相对易生物降解的有机物，从而增大有毒有机污染物的生物降解性能；反应区域呈现碱性厌氧环境，有利于厌氧微生物的生长，改性剂淀粉也可作为厌氧微生物的碳源，厌氧微生物也可以去除地下水中污染物；此方法制备出的纳米铁浆及淀粉改性纳米铁浆均有较大的比表面积，可大量吸附、拦截地下水中其它的杂质；无废气和废渣，无二次污染，绿色环保，方法简单，成本低，操作简单，维护简单方便，维护费用低，操作和运行管理方便；处理目标污染物直接、快速、彻底，效率高。

附图说明：

附图1纳米铁浆反应带原位修复硝基苯污染地下水的方法的注入井和观测井平面分布图

附图2纳米铁浆反应带原位修复硝基苯污染地下水的方法的注入井和观测井剖面图

1污染源，2注入井，3观测井，4污染晕，5地下水位。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例做进一步的详细说明，

纳米铁浆反应带原位修复硝基苯污染地下水的方法，包括以下顺序和步骤：

——在地下水污染晕纵向分布的中间位置，与地下水流向垂直的方向打一口以上注入井1，在注入井1的下游3-5m处打一口以上观测井2，注入井与注入井的间距为6-10m，注入井1和观测井2的井深均达到被污染地下水污染晕的下界面；注入井1和观测井2在平面上的分布为矩形网格式分布；

——将预先制备好的纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆灌入注入井，按污染物所需理论值的2-3倍灌注纳米铁浆液或淀粉改性纳米铁浆液，灌注时采用无压脉冲灌注，灌注时要实时监测观测井中目标污染物，当达到预期处理效果时停止灌注，灌注物逐渐形成纳米铁浆反应带或淀粉改性纳米铁浆反应带。

纳米铁浆或淀粉改性纳米铁浆，各组分按质量百分比为：

脱氧去离子水78％——98％

淀粉        0％——1％

可溶铁盐    1％——12％

可溶硼氢盐  1％——9％。

纳米铁浆的制备方法，厌氧环境下进行，包括以下顺序和步骤：

a、将硫酸亚铁、三氯化铁或二氯化铁1-150g溶于400ml脱氧去离子水中，制备成铁盐溶液；

b、将1-110g可溶硼氢化钾或硼氢化钠溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硼氢盐溶液；

c、边手动搅拌铁盐溶液，边将硼氢盐溶液逐滴滴入铁盐溶液中。滴完后继续手动搅拌20-30min；

d、用磁铁将黑色颗粒集中在烧杯底部，吸出上清液，用脱氧去离子水洗涤黑色颗粒三次，去除浆液中的其它杂质离子，加入所需体积的脱氧去离子水，即为纳米铁浆。

淀粉改性纳米铁浆的制备方法，厌氧环境下进行，包括以下顺序和步骤：

e、将1-10g淀粉溶于200ml脱氧去离子水中，制备成淀粉溶液；

f、将硫酸亚铁、三氯化铁或二氯化铁1-150g溶于400ml脱氧去离子水中，制备成铁盐溶液；

g、将1-110g可溶硼氢化钾或硼氢化钠溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硼氢盐溶液；

h、在不停搅拌淀粉溶液的条件下将铁盐溶液逐滴滴入淀粉溶液中，制成混合溶液；

i、边手动搅拌混合溶液边将可溶硼氢盐溶液逐滴滴入混合溶液中，滴完后继续搅拌20-30min；

j、用磁铁将黑色颗粒集中在烧杯底部，吸出上清液，用脱氧去离子水洗涤黑色颗粒三次，去除浆液中的其它杂质离子，加入所需体积的脱氧去离子水，即为淀粉改性纳米铁浆。

实施例1

在地下水污染晕纵向分布的中间位置，与地下水流向垂直的方向矩形网格式打8口注入井1，在注入井1的下游5m处矩形网格式打8口观测井2，注入井与注入井的间距为6m，注入井1和观测井2的井深均达到被污染地下水污染晕的下界面；

制备纳米铁浆，在厌氧环境下进行：

a、将150g硫酸亚铁溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硫酸亚铁溶液；

b、将110g硼氢化钾溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硼氢化钾溶液；

c、边手动搅拌铁盐溶液，边将硼氢盐溶液逐滴滴入铁盐溶液中。滴完后继续手动搅拌20min；

d、用磁铁将黑色颗粒集中在烧杯底部，吸出上清液，用脱氧去离子水洗涤黑色颗粒三次，去除浆液中的其它杂质离子，加入所需体积的脱氧去离子水，即为纳米铁浆。

采用无压脉冲方式将制备好的纳米铁浆按污染物所需理论值的2倍灌入注入井，灌注时要实时监测观测井中目标污染物，当达到预期处理效果时停止灌注，灌注物逐渐形成纳米铁浆反应带。

实施例2

在地下水污染晕纵向分布的中间位置，与地下水流向垂直的方向矩形网格式打10口注入井1，在注入井1的下游4m处矩形网格式打10口观测井2，注入井与注入井的间距为10m，注入井1和观测井2的井深均达到被污染地下水污染晕的下界面；

制备纳米铁浆，在厌氧环境下进行：

a、将80g三氯化铁溶于400ml脱氧去离子水中，制备成三氯化铁溶液；

b、将100g硼氢化钠溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硼氢化钠溶液；

c、边手动搅拌铁盐溶液，边将硼氢盐溶液逐滴滴入铁盐溶液中。滴完后继续手动搅拌30min；

d、用磁铁将黑色颗粒集中在烧杯底部，吸出上清液，用脱氧去离子水洗涤黑色颗粒三次，去除浆液中的其它杂质离子，加入所需体积的脱氧去离子水，即为纳米铁浆。

采用无压脉冲方式将制备好的纳米铁浆按污染物所需理论值的3倍灌入注入井，灌注时要实时监测观测井中目标污染物，当达到预期处理效果时停止灌注，灌注物逐渐形成纳米铁浆反应带。

实施例3

在地下水污染晕纵向分布的中间位置，与地下水流向垂直的方向矩形网格式打10口注入井1，在注入井1的下游4m处矩形网格式打10口观测井2，注入井与注入井的间距为10m，注入井1和观测井2的井深均达到被污染地下水污染晕的下界面；

制备淀粉改性纳米铁浆，厌氧环境下进行：

e、将10g淀粉溶于200ml脱氧去离子水中，制备成淀粉溶液；

f、将150g硫酸亚铁溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硫酸亚铁溶液；

g、将110g硼氢化钾溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硼氢化钾溶液；

h、在不停搅拌淀粉溶液的条件下将铁盐溶液逐滴滴入淀粉溶液中，制成混合溶液；

i、边手动搅拌混合溶液边将可溶硼氢盐溶液逐滴滴入混合溶液中，滴完后继续搅拌20min；

j、用磁铁将黑色颗粒集中在烧杯底部，吸出上清液，用脱氧去离子水洗涤黑色颗粒三次，去除浆液中的其它杂质离子，加入所需体积的脱氧去离子水，即为淀粉改性纳米铁浆。

采用无压脉冲灌注方式，将制备好的淀粉改性纳米铁浆按污染物所需理论值的2倍灌入注入井，灌注时，灌注时要实时监测观测井中目标污染物，当达到预期处理效果时停止灌注，灌注物逐渐形成淀粉改性纳米铁浆反应带。

实施例4

在地下水污染晕纵向分布的中间位置，与地下水流向垂直的方向矩形网格式打16口注入井1，在注入井1的下游4m处矩形网格式打16口观测井2，注入井与注入井的间距为8m，注入井1和观测井2的井深均达到被污染地下水污染晕的下界面；

制备淀粉改性纳米铁浆，厌氧环境下进行：

e、将10g淀粉溶于200ml脱氧去离子水中，制备成淀粉溶液；

f、将150g硫酸亚铁溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硫酸亚铁溶液；

g、将110g硼氢化钾溶于400ml脱氧去离子水中，制备成硼氢化钾溶液；

h、在不停搅拌淀粉溶液的条件下将铁盐溶液逐滴滴入淀粉溶液中，制成混合溶液；

i、边手动搅拌混合溶液边将可溶硼氢盐溶液逐滴滴入混合溶液中，滴完后继续搅拌30min；

j、用磁铁将黑色颗粒集中在烧杯底部，吸出上清液，用脱氧去离子水洗涤黑色颗粒三次，去除浆液中的其它杂质离子，加入所需体积的脱氧去离子水，即为淀粉改性纳米铁浆。

采用无压脉冲灌注方式，将制备好的淀粉改性纳米铁浆按污染物所需理论值的3倍灌入注入井，灌注时，灌注时要实时监测观测井中目标污染物，当达到预期处理效果时停止灌注，灌注物逐渐形成淀粉改性纳米铁浆反应带。