[发明专利]采用稳定零价铁纳米粒子修复六价铬污染地下水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及被重金属六价铬Cr（VI）所污染场地地下水的修复技术，尤其涉及采用稳定零价铁纳米粒子（nZVI）修复 [Cr（VI）]污染地下水的方法。

背景技术

地下水与人类的生存息息相关，我国 60%以上的城市主要饮用靠地下水，然而随着人民生活水平提高和城市化进程加快，我国地下水污染问题日益凸现，其中，重金属、石油、多环芳烃、氯代烃等污染物导致的地下水污染尤为突出。据调查报道，华北平原浅层地下水综合质量整体较差，几乎已无一类地下水，可以直接饮用的一到三类地下水仅占22.2%。

中国铬矿资源比较贫乏，但是铬矿石却是化工和冶金行业等必不可少的原料。有文献报道: 在我国大约20%以上的受污染土壤/地下水是由含铬(Ⅵ)废物长期堆放而防范措施不力造成的。我国于2012年颁布了《铬渣干法解毒处理处置工程技术规范》，该规范从2012年6月开始执行。尽管按照国家要求，我国现有铬渣已经在2012年进行了解毒处理，但是，我国自1958年建成第1条铬盐生产线至今, 很多铬渣堆放已经长达四五十年。对吉林、新疆、湖南、河南、内蒙古、山东、湖北、重庆和青海等地的铬渣堆存现场的调查结果表明，只有个别企业在解毒前的铬渣堆存场地设置了防风、防雨和防渗漏设施。大部分铬渣，尤其是关停企业遗留的铬渣，均露天堆放在未经过任何处理的地面上，个别堆放点甚至位于地表水附近。铬渣中的不断经雨水或地下水冲刷、溶解汇入附近水域,或因风化随风飞扬，这种污染状态可能会长期持续地存在，对周围环境造成危害。

综上所述, 土壤和地下水重金属污染存在污染范围广、持续时间长、污染隐蔽、不可逆性等特点，如果不及时对这些污染场地进行修复治理，即使地表污染物得到妥善处置，环境污染仍然不能彻底消除。

我国的污染土壤和地下水修复技术起步较晚，其研发水平和应用经验都与发达国家存在较大差距。经过近十多年来全球范围的研究与应用，虽然积累了不同污染类型场地土壤综合工程修复技术应用经验，但其中也存在明显问题，如工艺流程复杂、基建费用高等。

零价铁具有较强还原能力，可把在金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来而沉积在铁的表面从而达到去除污染的目的。然而, 由于具有高表面能和较大的表面范德华力和磁相互作用，ZVI纳米粒子具有非常不稳定的物理和化学性质。如果缺乏一个有效的稳定剂，nZVI粒子会在水中迅速凝聚（在几分钟时间里），从而失去了其土壤可传递性和反应性。

发明内容

本发明的目的就是针对典型重金属重度污染场地地下水现有的修复技术存在的不足，提供一种采用稳定零价铁纳米粒子修复六价铬污染地下水的方法，通过利用纳米零价铁还原污染场地Cr（VI），进而降低Cr（VI）化学活性，以达到修复受污染场地地下水的目的。

本发明以nZVI为核心处理单元，通过将其注入到受Cr（VI）污染的场地，对重金属Cr（VI）进行还原/吸附，降低其迁移能力(由溶解度大的转变为低溶解度或难溶态），再使其吸附或沉淀在天然矿物质或土壤颗粒上，从而大大降低污染物Cr（VI）在土壤及地下水中的的流动性。

本发明提供一种采用稳定零价铁纳米粒子修复六价铬污染地下水的方法，具体步骤如下：

（1） 采集土壤及地下水样品，进行初步评估和监测。通过收集资料和现场勘测，对典型重金属污染场地，进行地下水和土壤的污染状况调查，了解重金属元素的污染情况。主要内容包括：

1）收集与场地有关的自然环境(气象、水文、地形地貌、地质等)、社会环境、土地利用、污染源和场地污染历史等方面的资料；

2）进行现场实地勘察，了解场地的实际情况，核实已收集信息的可靠性；

3）整理和分析调查资料，进一步收集和核实资料，并准备相关图件（土壤类型图、地形地貌图、土地利用图、污染源分布图、水文地质图等）、采样工具、辅助器材，确定采样点位置，制定采样计划；

4）样品采集、包装、运输、提交实验室进行分析，并在分析工作结束后对数据进行整理和分析，对场地污染状况作出评价；

（2）合成稳定的铁系纳米材料：

我们将利用自下而上的方法制备稳定的铁系纳米材料，即采用不同类型和浓度的碳水化合物（淀粉，CMC和从土壤中提取的NOM）作为稳定剂来控制颗粒的大小和稳定性；

（3）利用稳定的nZVI对典型重金属Cr（VI）污染场地地下水进行修复：

1）取自Cr（VI）污染场地10-30m深的土壤，预装到土柱中；

2）将稳定的nZVI注入到该土柱中；