[发明专利]基于零价铁‑PRB还原修复饱和含水层氯代烃类DNAPL污染源的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤和地下水污染修复领域，特别是指一种基于零价铁-PRB还原修复饱和含水层氯代烃类DNAPL污染源的实验装置及方法。

背景技术

重非水相液体(Dense non-aqueous phase liquid,DNAPL)作为重要的工业原料广泛应用于农业、燃料、医药领域，在生产、运输、储存以及使用过程中极易发生泄漏和排放，导致DNAPL大量进入地下环境。这部分进入地下环境的DNAPL能够在重力作用下不断向土壤和地下水中迁移，在弱透水或不透水层中累积形成DNAPL池，从而缓慢持续地向地下环境释放污染物，形成一种持久性的污染源，对其的修复也被称为“永久性的修复”。美国《国家优先治理污染场地顺序名单》显示，大约有60％的场地存在DNAPL污染(McDade et al.,2005)。常见的DNAPL污染物包括：氯代烃类、煤焦油类以及农药类污染物，其中氯代烃类污染物是我国地下水污染物中检出率较高的一类物质，这类污染形成的氯代烃类DNAPL生物降解性低，污染深度甚至达到地下60m的基岩中，使生物处理、抽出-处理或挖掘焚烧等技术对DNAPL的修复效果不佳。目前国内外研究已证明可渗透反应格栅技术(Permeable Reactive Barrier，缩写PRB)能够对土壤或地下水污染羽中污染物进行长期的原位处理，并且具有经济效益好、便于管理的特点，在国际上尤其是欧美地区已经得到广泛应用，但在国内因PRB技术修复周期相对较长，并无单独应用的案例(马妍等，2016；张弛等，2014；邱锦安等2011)。

欧洲应用最早的PRB目前仍旧在运行当中，且对地下水中氯代烃污染物仍具有降解作用。但是这种将PRB安装在远离污染源的下游污染羽区域的方式，去除的是下游污染羽区域地下水中的污染物，对DNAPL污染源的持久性并无影响。这主要是由于DNAPL污染区DNAPL相向地下水的溶解过程主要受DNAPL在地下水中的实际浓度与DNAPL理论上的溶解平衡浓度的影响，二者浓度差越大，DNAPL溶解越快。但是在实际情况下，下游污染羽区域距离DNAPL污染源较远，下游污染羽中的污染物还原去除对DNAPL污染区水相污染物浓度的影响甚微，无强化污染源中DNAPL相向水相的溶解速率的作用，从而导致了PRB技术修复DNAPL污染地下水时所需修复时间远大于其它修复技术(Berge et al.,2010；Phillips et al.,2010；Gillham et al.，1998)。因此如何提高DNAPL污染场地DNAPL污染源的溶解速率以快速、彻底的去除DNAPL污染物，成为了修复DNAPL污染场地修复的关键点。

零价铁的氧化还原电位为-0.44eV，能够将溶解在水相中的DNAPL成分还原降解。但是目前关于Fe⁰去除DNAPL污染源的研究主要集中于纳米零价铁及其二元负载体系，并未将视角转向工程应用价值较高的零价铁-PRB体系，零价铁粒径越小，能够参与污染物降解反应的有效比表面积越大，但是在实际工程应用及实验室模拟实验中，粉末状零价铁与石英砂比重相差大极难混合均匀，因此有关粉末状零价铁的应用较少。本发明所建立的零价铁-PRB体系使用无水乙醇事先将粉末状零价铁与石英砂混合均匀后进行PRB填充，填充后零价铁-PRB体系能够达到零价铁与石英砂均匀分布的状态，使得流经该体系的污染物质与零价铁的反应达到最大化。为探索零价铁-PRB体系用于DNAPL污染源修复的可行性，获得零价铁-PRB修复体系工程应用的指导性参数，本发明首次建立了一种零价铁-PRB还原修复饱和含水层氯代烃类DNAPL污染源的实验装置与方法，与现有类似一维及二维装置仅能够用于模拟自然运移相比，本发明所建立的实验装置不仅能够进行DNAPL污染源的实验室模拟，而且能够模拟零价铁-PRB墙体在DNAPL污染区的修复。

发明内容

解决的技术问题：本发明目的在于针对以上不足，提供一种基于零价铁-PRB还原修复饱和含水层氯代烃类DNAPL污染源的实验装置及方法。该装置通过设置不同饱和含水层区域的填充介质、区域长度、饱和含水层的流水场等条件，和科学合理的取样方法，同时连续监测不同区域的污染物成分与浓度，对DNAPL污染源在饱和含水层中的持久性以及DNAPL污染源在7d内的修复效率进行分析，为零价铁-PRB修复体系工程的应用提供科学依据，适用于一维尺度上研究零价铁-PRB还原修复饱和含水层DNAPL污染源的研究。