[发明专利]一种Fe（Ⅱ）活化过硫酸钠法修复地下水装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及受污染地下水的修复技术，具体为一种Fe（Ⅱ）活化过硫酸钠法修复地下水装置及方法。

背景技术

抗癫痫药物卡马西平(Carbamazepine,CBZ)作为PPCPs中一种典型代表，以其庞大的使用量和难以降解的物质特性，引起了世界的广泛关注。据报道，在很多地区的地下水中普遍检测到了CBZ，其浓度可高达155ng/L。CBZ在水体中难以被生物降解，长期累积，会对水体环境和生物体造成潜在威胁。因此，解决地下水中CBZ的污染问题迫在眉睫。近年来，人们开始研究采用原位化学修复技术(insituchemicaloxidation,ISCO)修复地下水和土壤中的有机污染物质。其中，采用过硫酸盐活化技术原位修复具有修复周期短、效率高、成本低、效果好等优点，成为最有前景的原位修复技术之一。

为了实现在ISCO修复中，氧化剂能持续作用于污染物，达到长期修复的目的，缓释材料的制备和研究近年来得到了很高的重视。过硫酸盐缓释材料具备造价低廉，释放性能好的特点，在过渡金属催化或加热条件下均能产生具有强氧化性的硫酸根自由基(SO₄^·-)，在酸性、中性及碱性条件下都具有良好的氧化能力，且受水体中有机质的影响比较小。过硫酸盐缓释材料已经在地下水原位修复的中得到了成功应用，Kambhu等人制作了以石蜡为包裹体的缓释材料，通过亚铁及零价铁的活化，在实验室模拟地下水中苯系物的去除情况，可达到快速降解污染物的目的。Liang等人使用SPS缓释材料处理地下水中的甲基叔丁醚和苯等物质，发现缓释材料的释放时间长，性能好，能持续氧化有机物。这些研究表明，缓释材料在地下水原位化学修复中有着广泛的适用性和有效性。

已有多个研究表明，Fe²⁺能活化过硫酸盐产生自由基，氧化有机污染物，并且取得了良好的去除效果。结合缓释材料对氧化剂的释放，Fe²⁺活化SPS降解CBZ，用于降解地下水中的PPCPs。通过柱试验模拟受污染地下水，用于检测缓释材料在Fe²⁺活化作用下对地下水中CBZ的降解效率。

本发明主要研究了在不同材料配比和不同氧化剂含量下的缓释材料在水体中过硫酸钠的释放量，以单位质量材料释放的SPS的比率为释放衡量指标，分析了其释放特性和释放机理。研究了不同缓释材料在水体中对CBZ的吸附情况，并通过分批次加入Fe²⁺溶液，考察缓释材料释放SPS被活化后对CBZ的降解情况。初步探讨并采用柱试验模拟受污染地下水的原位化学修复，通过改变氧化剂的量、污染物的流量等条件，明确了对CBZ的降解效率，以期为缓释材料在实际水体修复中的工程应用提供了理论支撑。

发明内容

本发明的目的在于一种Fe（Ⅱ）活化过硫酸钠法修复地下水装置及方法。该装置由三部分构成的半连续进出式反应装置。第一部分连接水样，模仿地下水的土壤含水层，并控制流速。第二部分内有缓释材料，与溶液接触释放过硫酸钠(sodiumpersulfate,SPS)。第三部分连接第二部分和Fe²⁺溶液，控制各组分活化反应。各部分的柱子中间都设有采样阀，水样可被采集后用于分析污染物的浓度、S₂O₈^2-浓度、Fe²⁺浓度和反应后溶液的pH。本发明对难降解有机物具有较好的处理效果，并且装置模型具有模拟规模化应用的功能。

本发明提出的一种Fe（Ⅱ）活化过硫酸钠法修复地下水装置及方法，所述装置由三个反应容器柱子依次连接构成半连续进出式反应装置，所述第一反应容器柱子底部连接装有0.01～0.1mM模拟污染物卡马西平（CBZ）溶液的密闭容器，顶端通过管道连接第二反应容器柱子下端，所述第一反应容器柱子内放有石英砂；第二反应容器柱子顶端通过管道连接第三反应容器柱子底部，第二反应容器柱子内下部放有石英砂，上部放有缓释材料，同时第三反应容器柱子底部通过管道和蠕动泵连接一个装有新鲜配制的Fe²⁺溶液的密闭容器，通过控制蠕动泵将不同流速的Fe²⁺溶液输入到第三反应容器柱子，第三反应容器柱子上端为出水口；所述三个反应容器柱子均设有采样阀；第一反应容器柱子用于控制不同流速的CBZ溶液，第二反应容器柱子用于反应释放SPS，并与污染物混合。第三反应容器柱子为活化反应区，降解CBZ溶液。