一种铁碳材料对重金属污染河流底泥反硝化性能的修复方法技术

本发明专利技术公开了一种铁碳材料对重金属污染河流底泥反硝化脱氮性能的修复方法，包括重金属污染底泥对河流底泥反硝化性能的影响；反硝化脱氮性能的修复；铁碳修复材料的制备；将铁碳修复材料加到重金属污染底泥的表面，使之与底泥混合，利用铁碳微电解作用，铁屑和炭的混合物与水接触后，会形成许多微型原电池，经过一系列原电池反应、氧化还原反应、电化学富集、絮凝沉淀以及物理吸附等过程，对底泥中的重金属实现固定或去除，使底泥的反硝化脱氮得到修复。本发明专利技术充分利用原位修复重金属污染底泥的作用，有效控制污染底泥中重金属的释放，提高其脱氮能力，提升水体自净功能，且可充分利用工业废弃物，材料廉价易得，具有一定的经济性和应用潜力。和应用潜力。和应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种铁碳材料对重金属污染河流底泥反硝化性能的修复方法


[0001]本专利技术涉及重金属污染的河流底泥原位修复的
，具体为一种铁碳材料对重金属污染河流底泥反硝化性能的修复方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着工业化和经济社会的蓬勃发展，河流系统的重金属污染已成为一个全球性问题，并因重金属在水生系统中的毒性和持久性而受到广泛关注。河流底泥是重金属的重要载体，也是重金属的最终归宿，重金属主要来源于岩石风化、农业径流、污水处理排放和大气沉降。当环境条件如氧化还原电位、pH值、生物扰动、有机物和其他条件发生变化时，重金属可能从河流底泥中释放到水中，这可能会影响水环境安全，并导致重金属进入食物链，威胁人类健康。底泥中的微生物是食物链中的重要一环，在能量流动和元素的生物地球化学循环、维持河流生态系统中的水体自净和生态平衡中发挥重要作用。反硝化作用是河流水体实现自净的重要方式，是在河流底泥反硝化功能菌群的共同作用下实现的。因此，河流底泥重金属污染势必会通过影响功能微生物的群落结构，进而对底泥反硝化作用造成影响，并影响河流自净过程。探究重金属污染对底泥反硝化作用的影响以及底泥重金属污染的修复，对于维持河流生态系统自净能力和生态系统平衡与稳定，降低重金属污染底泥的生态和健康风险具有重大意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术是基于重金属对河流底泥反硝化脱氮性能的影响，采用原位封盖的铁碳材料修复重金属污染的底泥恢复反硝化脱氮性能的方法为出发点，通过研究了重金属污染对河流底泥反硝化脱氮效能的影响，提出了采用铁碳混合材料来修复重金属污染底泥，恢复反硝化性能的方法。
[0004]本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种铁碳材料对重金属污染河流底泥反硝化性能的修复方法，包括如下步骤：（1）、采集待修复的某条河流某段河道表层0
‑
10 cm深的底泥，去除其中杂物，将底泥过30
‑
35目筛后静置沉淀，去掉上覆水；（2）、采集底泥所在河道的河水作为后续反应用水；（3）、制备修复材料：
①ꢀ
铁屑经过表面预处理后，再经过去离子水反复冲洗处理若干次后得到单质铁，放在真空干燥箱中进行干燥后备用；
②
将轮胎橡胶部分切割成小片，用去离子水超声清洗后，置于干燥箱，100
‑
115℃下干燥10
‑
14 h，然后将轮胎小片放进管式炉内，用氮气瓶以300 mL/min的速度吹扫，800℃热解2h即得到轮胎碳；
③
将制得的轮胎碳和铁屑过32目筛后按照质量比 Fe/C=1:1，1:2，2:1各自混合均匀，得到三种质量比的铁碳混合材料；
（4）、重金属对底泥反硝化性能影响实验持续120天，底泥在稳定14天后，分别添加1 mg/L、3 mg/L的Cu
2+
、Zn
2+
，之后在反应的第36、48、65、89天逐步提高重金属的浓度，基于河流中底泥中重金属的浓度为逐步累积的过程，浓度增高的梯度为2 mg/L，观察这期间硝态氮、COD去除情况；（5）、采用步骤（3）制得的铁碳混合材料作为修复材料，采用Fe:C=1:1，1:2，2:1分别对污染底泥进行原位修复试验；（6）、每个反应器中平铺等量底泥，然后分别平铺5 mm厚的修复材料，保证各组修复材料厚度相同；底泥和修复材料平铺好后，使用虹吸法缓慢注入步骤（2）采集自河流原位的水，确保各反应器水位一致，然后将反应器避光静置培养；（7）、使用搅拌机对上覆水施加扰动，每天两次，每次2分钟，转速为200 r/min，定期监测各组反应器上覆水总氮去除率变化情况，选择总氮去除率最大的铁碳比作为最佳的铁碳质量比；（8）按照步骤（7）中选定的铁碳质量比制备的铁碳修复材料，铺设在步骤（1）中待修复的某条河流的某段河道，铁碳修复材料与底泥混合以后，静置30天，完成对该河道底泥反硝化性能的修复。
[0005]与现有修复重金属污染突然的技术相比，本专利技术的主要优势如下：第一、铁屑作为金属加工的工业废弃物，价格低廉，容易获得；且铁屑中主要成分是零价铁，是一种种高效、廉价、环保的还原剂，作为修复重金属污染底泥的材料之一，具有极大的应用潜力。
[0006]第二、本专利技术中的轮胎碳汽车产业中的固体废弃物，大量的废弃轮胎的处理处置成为难题。轮胎经热解处理是一种经济、有效的处理方式，且对环境友好，轮胎热解后，产生的热解炭具有较大的比表面积和导电性能，轮胎碳作为吸附材料，与其他炭材料相比，具有更高的效率和更低的成本。可见，由废弃轮胎制备的热解轮胎炭在环境修复领域具有良好的发展前景。
[0007]第三、本专利技术所用的铁碳混合材料，是基于铁碳微电解作用，铁屑和炭的混合物与水接触时，会形成许多微型原电池，经过一系列原电池反应、氧化还原反应、电化学富集、絮凝沉淀以及物理吸附等过程，对底泥中的重金属实现固定或去除，在重金属污染底泥修复方面具有较大的应用潜力。
[0008]第四、本专利技术提出的铁碳混合材料修复重金属底泥的方法，通过各项指标的对比，选出最优方案后得出，实现铁碳混合材料对底泥中重金属去除的同时，实现底泥脱氮能力的修复，有利于河流自净能力的恢复及提升。
[0009]目前，重金属污染底泥的修复技术主要包含原位封盖技术和异位修复技术。其中异位修复技术由于成本高，底泥难处置，对原有生态环境破坏大，其研究和应用受到极大限制。而原位封盖技术是在底泥上放置一层传统或活性材料，将重金属污染底泥与上覆水体以及生物群隔离，并利用覆盖材料和重金属之间的吸附等作用减少底泥中重金属等污染物向水体迁移，并通过改变金属在底泥中的化学成分，减少金属的可用性和毒性等优点，常用封盖材料有炭材料、黏土等。本专利技术原位封盖技术凭借可靠性强，效果好，成本低，对环境破坏小的优点，掀起了研究的热潮，具有广阔的应用前景。
[0010]本专利技术提出的铁碳混合材料修复重金属污染土壤，改善底泥脱氮能力的方法，是
基于重金属污染土壤脱氮能力的降低，采用制备的铁屑与轮胎碳的混合材料进行修复，并对其脱氮能力恢复的影响而提出的，充分利用了铁碳材料的作用原理，对底泥中的重金属进行吸附，并且再经过固定及吸附后，可以使底泥的脱氮能力恢复，有利于河流的自净能力的改善。
附图说明
[0011]图1 反应器结构示意图。
[0012]图2Cu
2+
对河流底泥脱氮过程的影响示意图。
[0013]图3铁碳混合材料对Cu
2+
污染底泥脱氮效能的修复示意图。
[0014]图4铁碳混合材料对Cu
2+
污染底泥去除COD的修复示意图。
[0015]图5不同质量比铁碳混合材料对污染底泥脱氮效能的修复示意图。
具体实施方式
[0016] 具体实施中，步骤（1）中，采集到的底泥要去除树枝、石块和颗粒状杂物，将底泥过30目筛后静置沉淀，底泥尽快使用；步骤（3）中，对铁屑用1 mol/L的NaOH溶液预处理2h，将覆盖在铁表面的油脂去除后，用0.1 mo本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁碳材料对重金属污染河流底泥反硝化性能的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）、采集待修复的某条河流某段河道表层0
‑
10 cm深的底泥，去除其中杂物，将底泥过30
‑
35目筛后静置沉淀，去掉上覆水；（2）、采集底泥所在河道的河水作为后续反应用水；（3）、制备修复材料：
①ꢀ
铁屑经过表面预处理后，再经过去离子水反复冲洗处理若干次后得到单质铁，放在真空干燥箱中进行干燥后备用；
②
将轮胎橡胶部分切割成小片，用去离子水超声清洗后，置于干燥箱，100
‑
115℃下干燥10
‑
14 h，然后将轮胎小片放进管式炉内，用氮气瓶以300 mL/min的速度吹扫，800℃热解2h即得到轮胎碳；
③
将制得的轮胎碳和铁屑过32目筛后按照质量比 Fe/C=1:1，1:2，2:1各自混合均匀，得到三种质量比的铁碳混合材料；（4）、重金属对底泥反硝化性能影响实验持续120天，底泥在稳定14天后，分别添加1 mg/L、3 mg/L的Cu
2+
、Zn
2+
，之后在反应的第36、48、65、89天逐步提高重金属的浓度，基于河流中底泥中重金属的浓度为逐步累积的过程，浓度增高的梯度为2 mg/L，观察这期间硝态氮、COD去除情况；（5）、采用步骤（3）制得的铁碳混合材料作为修复材料，采用Fe:C=1:1，1:2，2:1分别对污染底泥进行原位修复试验；（6）、每个反应器中平铺等量底泥，然后分别平铺5 mm厚的修复材料，保证各组修复材...

【专利技术属性】
技术研发人员：高艳娟，周爱娟，刘芝宏，张顺，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：