[发明专利]一种用于原位修复地下水硝酸盐和Cr6+污染的液态碳源材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于原位修复地下水的碳源材料。具体涉及一种原位修复地下水中硝酸盐和Cr⁶⁺污染的液态碳源材料。

背景技术

目前，世界范围内的地下水污染问题日益突出，很多国家已经投入大量的人力物力对污染的地下水进行修复。地下水具有一定的自净能力，自然界中存在的微生物对受污染的地下水也具有一定的降解作用。可是，在纯自然的情况下，微生物降解作用比较缓慢，难以运用到实际的工程中。原因是在单纯的自然条件下，碳源的缺乏使得生物的新陈代谢缓慢，不能使降解污染物的过程顺利进行。因此向含水层中投加碳源作为含水层中生物生长繁殖的碳源，为微生物提供代谢所必需的物质，可以大大提高地下水中生物降解污染物的速率。

根据碳源的种类不同可以分成液态碳源、固态碳源。液态碳源因易于溶解、反应速度快等特点被广泛用于生物修复过程中。目前常用的外加碳源包括甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖等。液态溶解性有机碳源的优点是易于溶解，反应速度快，投加使用简便。葡萄糖和乙醇需在地表设置连续补充装置，操作复杂，费用高；植物油能够缓慢释放碳源，但粘度大，容易造成阻塞。固相有机碳也可以作为碳源用于地下水污染的修复工作。常用的固态碳源有棉花、玉米芯、刨花、腐朽木、纸、玉米秆、木屑等。固态碳源具有释放缓慢，使用寿命长，可持续保证反硝化反应的进行，经济成本低，易于生物降解，易于操作管理的优点。但是固态碳源只适合地下水埋藏较浅的场地。

发明内容

针对现有技术中液态碳源和固态碳源存在的局限，本发明提供一种既能够缓慢释放溶解性有机碳，又能够方便注入到地下水中，有利于地下水原位修复的乳化油碳源。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于原位修复地下水硝酸盐和Cr⁶⁺污染的液态碳源材料，其是由以下成分组成：食用植物油，55～60体积％；吐温-85，12～15体积％；余量为水。

如上所述的液态碳源材料，优选地，所述植物油为大豆油、花生油、葵花籽油、油菜籽油、玉米油、橄榄油、棕榈油、亚麻籽油和/或茶树籽油。

如上所述液态碳源材料的制备方法，该方法包括：将所述各成分混合搅拌或震荡至形成乳浊液。

如上所述的制备方法，优选地，所述方法包括：将所述各成分在转速为2500～3000r/min，震荡混合5～10分钟即得。

如上所述液态碳源材料作为原位修复地下水中硝酸盐和Cr⁶⁺的液态碳源的应用。

本发明的有益效果在以下几个方面：

1.本发明的液态碳源材料能够为生物异养反硝化作用提供碳源。微生物以地下水中的硝酸盐为电子受体，将硝酸盐通过反硝化作用，还原为NO或者N₂O继续还原为N₂。对于浓度为20～50mg/L的硝酸盐溶液，该材料对硝酸盐氮的去除率超过70％，单位体积液态碳源材料去除硝酸盐氮的量为5.5g/L～14.0g/L。

2.该液态碳源材料还可以作为还原剂将六价铬还原成三价铬，并吸附共沉淀，从而从水中分离出来。对于浓度为10mg/L的Cr⁶⁺溶液，该材料对Cr⁶⁺的去除率超过93％，单位体积液态碳源材料去除Cr⁶⁺的量为4.89g/L。

3.配方中各组分及含量经过大量的配比实验确定，主要考虑乳化液的稳定性、粘度、粒度、释放速率等因素。水可以适当降低油的粘度，吐温-85作为乳化剂将水和植物油混合在一起。该液态碳源材料稳定性可达到两周以上，稳定系数在0.25～1，粘度值在1.9×10^-4～6.5×10^-3Pa·s之间，粒径为15～65μm，有利于其作为碳源注入到地下水中，完成地下水修复工程。该液态碳源材料能够缓慢释放有机碳，碳源的COD释放量在10⁵～10⁶mg/L，实验中能够持续时间为100～120天。

同时，该液态碳源材料具有制备简单、原料来源丰富、成本低廉、使用寿命长的特点，并且在原位注入该种碳源材料后不会产生其他物质对地下水不会造成二次污染。因此，这种碳源材料的开发有利于原位修复地下水污染技术的推广与应用，有利于促进我国饮用水安全问题的解决。

附图说明

图1为实施例1制备的液态碳源材料放置30天后的照片。

图2为20mg/L硝酸盐氮浓度随时间变化曲线。