[发明专利]一种用于地下水硝酸盐生物脱除的可渗透反应墙填充材料、系统及其填充方法

说明书

技术领域

本发明属于地下水污染修复领域，更具体地说，涉及一种用于地下水硝酸盐生物脱除的可渗透反应墙填充材料、系统及其填充方法。

背景技术

地下水修复技术是现在环境领域研究的一个热点问题。世界各国尤其是欧美国家对地下水污染的修复进行了大量的研究，抽出处理是应用最普遍的技术，该方法能有效地将污染区限制在抽出井上游，但是其作为一种长期的地下水处理方法则存在许多缺陷，如只能限制污染的进一步扩散，不能够现场就地修复，且处理费用昂贵，同时也可能造成地下水资源的浪费，破坏当地原有的生态环境，不能从根本上解决地下水的污染修复问题。

可渗透反应墙(PRB)是目前在欧美等许多发达国家新兴起来的用于原位去除地下水及土壤中污染组分的方法。PRB技术具有可原位处理多种污染物、处理效果好、安装施工方便、运行成本低等优点，活性材料的选择是地下渗滤墙修复效果良好与否的关键。目前，PRB技术去除污染物机理包括生物和非生物两种，生物法已成为地下水硝酸盐原位修复最经济有效的方法之一，且研究应用广泛，其中异养反硝化法对于去除硝酸盐具有效果好，运行维护费用低等优点，但是实际运用中还存在着一些问题，地下含水层中有机碳源和反硝化菌均较少，反硝化作用比较微弱，需要补充足够的碳源和有利于反硝化菌生长的微量元素、碱度和微生物载体。中国专利申请号201210265071.5公开了去除硝酸盐的可渗透反应墙用填充材料及其制备方法，该专利中的填充材料为预处理的铁粉、活性炭及粗砂，该填充材料中没有添加pH缓冲剂和营养元素，土著反硝化菌缺失营养元素导致反硝化作用微弱，水处理效果不佳；中国专利号201210022650.7公开了原位修复地下水的生物可渗透反应墙装填介质及制备方法，该装填介质以聚乙烯醇作为包埋固定化优势降解菌的载体，以磷酸盐作为聚乙烯醇凝胶化的交联剂，以草炭土作为磷酸化聚乙烯醇的添加剂，将目标污染物的优势降解菌包埋固定在其内，避免优势降解菌的流失，提高其抗冲击能力，但是该专利中的可渗透反应墙未考虑出水氨氮和色度的升高(微生物异化还原或者碳源自身释放)，虽然硝酸盐浓度降低，但是氨氮和色度反而进一步升高，导致二次污染。

目前，可渗透反应墙填充工艺中主要存在如下问题，(1)无法根据实际需要灵活调整pH缓冲剂和营养元素的添加量；(2)碳源材料同时是微生物接种和挂膜材料，运行较长时间后生物膜过厚会导致材料表面堵塞，影响污染物去除效果；(3)PRB填充工艺区材料之间孔隙度大，稳固性差，造成优先流，影响去除效果；(4)PRB填充工艺出水未考虑氨氮和色度的升高(微生物异化还原或者碳源自身释放)，导致二次污染等，因此急需研发一种水处理效果好、环保经济能长时间运行的可渗透反应墙填充工艺。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有可渗透反应墙填充工艺中存在的反硝化菌碳源不足、反硝化作用微弱、存在优先流和二次污染等问题，本发明提供一种用于地下水硝酸盐生物脱除的可渗透反应墙填充材料、系统及其填充方法，能灵活投加生物缓释碳源材料、pH缓冲营养元素材料和水处理填料，还能进行3种材料不同比例的工艺组合，避免了碳源材料亦是接种挂膜材料和修复区域土著微生物不足的弊端，出水区域水处理滤料能吸附氨氮和大分子显色有机物，防止二次污染。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于地下水硝酸盐生物脱除的可渗透反应墙填充材料，由生物缓释碳源材料、pH缓冲营养元素材料和菌群富集水处理填料混合组成，各组分的质量百分比分别为：生物缓释碳源材料75～85％，pH缓冲营养元素材料5～15％，菌群富集水处理填料5～15％，所述的生物缓释碳源材料为南京大学国家发明专利申请201310727268.0中所给出的碳铁微电池缓释碳源填料制备方法制备得到的材料。

优选地，所述的pH缓冲营养元素材料由内核和外壳组成，内核的组成及质量百分比为：

外壳的组成及质量百分比为：

普通硅酸盐水泥  25～30％

凹凸棒土        55～65％

硅藻土          5～15％