一种用于修复污染场地的新型还原剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于修复污染场地的新型还原剂，按干基质量百分数，包括以下组分：微米铁粉：70%～95%；辅助剂：5%～30%。其中，辅助剂按干基质量百分数由以下组分组成：黄原胶：45%；废糖蜜：54%；醋酸菌粉：1%。该还原剂能够有效避免微米铁粉在使用过程中的沉降与团聚现象，显著改善微米铁粉在污染土体、水体中的分散均匀程度；大幅度降低反应体系的氧化还原电位，明显提高微米铁粉的对土壤及地下水中污染物的还原除去效率；并可有效平衡反应体系的酸碱度，最终实现对土壤及地下水中污染物的高效还原修复。同时还提供该还原剂的制备方法，可实现废料利用，制备成本低廉，操作简易。

Novel reducing agent for repairing polluted site and preparation method thereof

The present invention discloses a new reducing agent for repairing contaminated sites. According to the percentage of dry base mass, the following ingredients are included: micron iron powder: 70% to 95%; auxiliary agent: 5% to 30%. Among them, the auxiliary agent is divided into the following components according to the percentage of dry base weight: Xanthan gum: 45%; waste molasses: 54%; acetic acid bacteria powder: 1%. The reducing agent can effectively avoid the settlement of micron iron powder during use and agglomeration, improve soil and water pollution in the micron iron powder in dispersion degree; greatly reduced oxidetion reduction potential, increase of micron iron powder in the groundwater and soil pollution reduction and can effectively balance the removal efficiency; the pH of the reaction system, finally realizes the efficient restoration of contaminated soil and groundwater. At the same time, the preparation method of the reducing agent is provided, the utilization of waste material can be realized, the preparation is low, and the operation is simple.

【技术实现步骤摘要】
一种用于修复污染场地的新型还原剂及其制备方法
本专利技术属于环境修复和环境岩土工程
，具体来说，涉及一种用于修复污染场地的新型还原剂及其制备方法。
技术介绍
铁元素作为活泼金属，广泛存在于自然界中，其包含三种价态：三价铁、二价铁、零价铁(即铁单质)，价廉易得。其中零价铁具有较强的还原能力，因此可将氧化性较强的六价铬离子以及含氯有机污染物如氯烷烃、多氯联苯等还原降解，使其变成无毒或低毒的降解产物，因而被运用于去除土壤及水中的可还原的污染物。零价铁还原技术已成为环境污染治理和修复领域一项具有广阔应用前景的新技术。现阶段零价铁还原技术使用的零价铁材料按粒径可分为纳米铁粉、微米铁粉、毫米铁粉共三种，但其直接应用于污染场地的修复中均还存在不少需要克服的问题。其中纳米铁粉虽然反应活性较高，但其制备过程复杂，对材料及设备要求高，生产成本偏高，产品纯度低，粒度分布也极不均匀，难以实现工业化批量生产；同时由于纳米铁粉的比表面能极高，易发生团聚，且较高的反应活性也很容易导致其被空气及地下水中的氧气氧化，进而能够造成纳米铁粉表面钝化，严重损害使用效果；并且纳米铁粉的反应选择性较差，在污染地层中迁移时，易与非目标物质反应而影响修复效果；此外纳米级别的铁粒子较易通过多种途径进入生物体，并被生物体吸收，进而会对生物体产生毒害作用。而毫米铁粉虽然制备简单，容易大规模生产，但由于粒径较大，其反应活性较低，还原能力较弱，对污染物的还原去除能力效果较差；且由于比表面积较小，一旦部分铁粉颗粒表面被氧化钝化，即能大幅度降低铁粉的整体还原效率，易造成铁资源的浪费：此外由于重力作用明显，普通的压力泵送方式难以实现药剂的可靠输送，毫米铁粉极易在容器及管道底部沉淀进而产生淤堵，且在污染地层中的迁移距离较短，运用注入等方式修复地层中污染物的施工难度较高，其用于污染场地修复的意义不大，不具有大规模推广应用价值。而微米铁粉由于粒度适中，制备简单，成本低廉，同时还具有较高的反应活性、比表面能、还原能力和较低的生物体毒性，成为零价铁技术的理想介质。但相对于纳米铁粉，微米铁粉的密度依然较大，其在地层中尤其是地层中的地下水中的悬浮稳定性较差，通常在很短时间(0～15s)内就会发生重力沉降，影响其在污染地层中的迁移，使其无法在污染区域长期停留，从而只有小部分微米铁粉能够与污染物充分接触，不利于还原反应带的构建和污染物的彻底修复。此外由于微米铁粉通过与污染物直接作用进行还原修复，因此难以去除与土壤中土颗粒、有机质成分紧密结合的那部分污染物，所以修复效率偏低。当地下水处于流动状态或地下水中存在高浓度溶解氧，以及地层透气性透水性较好的情况下，地层环境中的氧化还原电位将保持在较高水平，此时微米铁粉易被地层中的氧气氧化，进而使其还原修复能力大大折扣。此外，微米铁粉对污染物的还原能力受环境酸碱度变化的影响明显。一般而言，偏酸性环境(pH值＝3.0～4.0)有利于微米铁粉对污染物的还原降解，其他pH值范围内微米铁粉的还原修复能力损失明显。因此微米铁粉与地层修复前需进行污染地层酸碱度调节操作，且还原修复结束后需要添加碱性物质以使得污染地层的酸碱度恢复到中性范围。这进一步增大了微米铁粉修复技术的应用成本和操作难度。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种用于修复污染场地的新型还原剂及其制备方法，该还原剂能够显著降低污染地层环境中的氧化还原电位，避免微米铁粉的重力沉降和团聚，提高微米铁粉的迁移能力和还原能力，实现对地层土壤及地下水中污染物的高效还原去除，并可有效平衡反应体系的酸碱度，尤其适用于深层土壤及地下水污染的修复工程，污染土体、水体经修复后环境友好，无二次污染；同时还提供该还原剂的制备方法，使得该还原剂制备成本低廉，方法简易，并可实现大规模产业化应用，且能实现工业废料的资源化利用。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于修复污染场地的新型还原剂，所述的还原剂按干基质量百分数，包括以下组分：微米铁粉：70％～95％；辅助剂：5％～30％。作为优选例，所述辅助剂，按干基质量百分数，由以下组分组成：黄原胶：45％；废糖蜜：54％；醋酸菌粉：1％。作为优选例，所述的微米铁粉的粒径≤300μm，比表面积≥0.01m2/g；微米铁粉中具有还原性的铁粉的质量含量≥70％。作为优选例，所述的废糖蜜为工业制糖过程中产生的废液，废液中含糖，其中，含糖量≥25％，含水量≤75％。作为优选例，所述的废液还含有酒精，且酒精含量≤22％。作为优选例，所述的黄原胶为工业级或食品级粉体黄原胶；黄原胶的pH值为6.0～8.0，纯度≥85％，粘度≥600mpa·s，含水量≤15％，且粒径小于0.2mm的颗粒占98％以上。作为优选例，所述的醋酸菌粉为制醋工业用菌曲。一种用于修复污染场地的新型还原剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤10)：将废糖蜜加水稀释，稀释倍数为2～5倍，然后于室温下振荡5min，制成均匀浑浊液；步骤20)：采用湿热灭菌法处理步骤10)得到的浑浊液，得到灭菌废糖蜜培养溶液；步骤30)：将醋酸菌粉撒入步骤20)得到的灭菌废糖蜜培养溶液中，然后置于翻转振荡器中，在20℃～40℃环境温度下以60±10转/min的转速振荡培养48h，得到接种醋酸菌的混合溶液；步骤40)：将微米铁粉与粉体黄原胶混合，采用干法机械搅拌2～5min，得到混合均匀的混合粉体；步骤50)：将步骤40)得到的混合粉体撒入步骤30)得到的混合溶液中，再置于翻转振荡器中，在20℃～40℃环境温度下，以22±10转/min的转速持续振荡2h，得到还原剂。作为优选例，所述的步骤20)包括：将步骤10)得到的浑浊液，在一个大气压下，煮沸至100℃，并持续10min，以杀死细菌繁殖体，并在无菌环境下冷却至20℃～40℃，得到灭菌废糖蜜培养溶液。有益效果：与传统重金属及有机物复合污染土修复药剂相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：(1)对场地污染物的还原修复效率高。传统修复技术中微米铁粉易发生重力沉降，无法有效泵送及注入地层，在地层中的迁移距离及分散均匀度有限，而本专利技术的还原剂中的黄原胶成分是一种黏性胶体，具有独特的剪切稀化特征，因此能够有效解决微米铁粉颗粒的团聚与沉降问题，改善微米铁粉颗粒在地层土壤及地下水中的持续悬浮和迁移能力，使铁粉能够顺利泵送到目标地层的土壤及地下水中，避免微米铁粉因无法在地层中均匀分散造成的损失，有效提高对地层中污染物的还原修复。此外本专利技术的还原剂中的醋酸菌能够在地层中的酸碱度环境(2.5～8.0)和温度环境(10～35℃)下以废糖蜜为碳源快速发育、增殖，由于其为耗氧微生物，在增殖过程中会大量消耗地层土壤及地下水中的氧气，有效降低地层中的氧化还原电位，避免地层富含的氧气对微米铁粉的钝化作用，进而提升微米铁粉对污染物的还原能力。同时醋酸菌利用废糖蜜提供的碳源和地层中的氧气，能够将废糖蜜中的糖分和酒精成分氧化为醋酸。该弱有机酸能够有效降低地层环境中的酸碱度，使其pH值范围偏于酸性，进而利于微米铁粉的还原反应的进行；同时亦能促进土壤中与土颗粒、有机质结合较为紧密的污染物的解吸与溶出，使得这部分难以处理的污染物能够被微米铁粉还原去除。而且废糖蜜含有丰富的蔗糖、转化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于修复污染场地的新型还原剂，其特征在于，所述的还原剂按干基质量百分数，包括以下组分：微米铁粉：70%～95%；辅助剂：5%～30%。

【技术特征摘要】
1.一种用于修复污染场地的新型还原剂，其特征在于，所述的还原剂按干基质量百分数，包括以下组分：微米铁粉：70%～95%；辅助剂：5%～30%。2.按照权利要求1所述的用于修复污染场地的新型还原剂，其特征在于，所述辅助剂，按干基质量百分数，由以下组分组成：黄原胶：45%；废糖蜜：54%；醋酸菌粉：1%。3.按照权利要求1所述的用于修复污染场地的新型还原剂，其特征在于，所述的微米铁粉的粒径≤300μm，比表面积≥0.01m2/g；微米铁粉中具有还原性的铁粉的质量含量≥70%。4.按照权利要求2所述的用于修复污染场地的新型还原剂，其特征在于，所述的废糖蜜为工业制糖过程中产生的废液，废液中含糖，其中，含糖量≥25%，含水量≤75%。5.按照权利要求4所述的用于修复污染场地的新型还原剂，其特征在于，所述的废液还含有酒精，且酒精含量≤22%。6.按照权利要求2所述的用于修复污染场地的新型还原剂，其特征在于，所述的黄原胶为工业级或食品级粉体黄原胶；黄原胶的pH值为6.0～8.0，纯度≥85%，粘度≥600mpa·s，含水量≤15%，且粒径小于0.2mm的颗粒占98%以上。7.按照权利要求2所述的用于修复污染场地的新型还...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏威夷，杜延军，冯亚松，任伟伟，张黎明，毕钰璋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32