[发明专利]一种利用磁铁矿和铝土矿矿渣原位修复地下水中汞污染的方法

说明书

技术领域

本发明属于土壤和地下水修复治理技术领域，具体地说是一种利用磁铁矿和铝土矿矿渣原位修复地下水中汞污染的方法。

背景技术

汞是一种毒性很高且在世界范围内土壤和地表、地下水体中广泛存在的重金属污染物，它对地下水的污染对人体健康和生态系统造成了巨大的威胁，尤其是以地下水作为主要饮用水源的地区。土壤和地下水中汞的人为来源包括工矿开采、混汞选金、氯碱生产、木材防腐和核武器制造等。部分人为排放的无机汞，尤其是溶解度高的Hg(II)在特定的条件下可转换为毒性很强的有机汞，对生物造成更大的伤害，因此发展无机汞的修复技术十分重要。

地下水修复技术包括异位修复技术(主要是抽出-处理技术)和原位修复技术。异位修复所需成本高、能源消耗大、浪费地下水资源、不可持续，已渐渐为学者和一些欧美发达国家的工程师们所抛弃。相对于异位修复技术将污染土体挖出或将地下水泵出后进行处理，原位修复技术是对土壤或地下水中的污染物进行就地处理，经济效益性好、便于管理。常用的原位修复技术包括土壤蒸汽抽提、原位土壤混合和可渗透反应墙(PRB)技术等。其中PRB技术具有处理效果好、费用低、无需外加动力、持续原位处理多种污染物等优点，目前已有研究将其应用于去除有机物(石油烃)、硝酸盐、Cr(VI)等污染物和复合污染物。但尚无将PRB技术用于汞污染地下水原位修复的相关研究报道或工程应用，相关工程参数更是无从获取。

目前已有一系列材料用于去除水体中的汞，如活性炭、生物炭、壳聚糖、介孔二氧化硅、改性纳米材料、硫化物等。然而传统修复材料及纳米材料等在应用过程中存在成本高、环境适应性不强、某些条件下无法长期有效、出水的残余硫会产生二次污染等问题，不适用于汞的原位修复。磁铁矿是土壤中的常见矿物，并且由于其磁学性能很容易从水体中分离。最重要的是天然磁铁矿非常廉价易得，比合成磁铁矿与其他大部分材料更有大规模工程应用的价值。铝土矿在我国储量大、应用广，与磁铁矿一样，在冶炼过程中会有大量低品位的矿渣废弃。因此利用天然磁铁矿和铝土矿矿渣混合材料作为PRB填充材料原位修复地下水中的汞污染具有很大应用前景，且铝土矿的加入可减弱单独使用磁铁矿带来的pH升高的问题。

此前，曾有文献报道在实验室采用200目粒径的天然磁铁矿处理含Hg(II)工业废水，方法是将磁铁矿直接投加到含Hg(II)废水中，通过控制反应温度和pH值来提高Hg(II)去除率。由于工业废水有固定的排放口，可简单收集后通过直接投加处理药剂，控制反应条件即可实现废水的达标排放或者再利用。相对于工业废水，地下水修复的难度在于：(1)施工不便：由于地下水位于地下，尤其是某些施工不便的地区，很多工程手段难以实施，因此处理起来将复杂得多；(2)修复目标严格：很多地区以地下水为饮用水源，修复目标更加严格，给地下水修复带来更加严峻的考验；(3)量大、污染范围广：由于地下水含水层的广泛存在，受污染地下水源源不断地将污染向下游扩散，造成大范围的污染羽，给修复带来了巨大的技术和成本挑战；(4)原位修复材料的应用不能造成地下水的二次污染。同时，作为PRB填充材料，还应满足：(1)反应活性高，活性保持时间长；(2)稳定性好；(3)廉价易得；(4)易于施工安装；(5)水力特性：粒径要确保反应墙有足够的水力停留时间，且渗透系数是周围含水层的2倍以上。鉴于以上挑战和要求，本发明采用0.1-2mm的天然磁铁矿和铝土矿作为可渗透反应墙的填充材料原位修复地下水中的汞污染是第一次提出，并切实可行、成本低廉，具有广阔的应用前景。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的在于克服异位处理汞污染地下水成本高、无法长期有效等问题，提供了一种利用磁铁矿和铝土矿矿渣原位修复地下水中汞污染的方法，以天然磁铁矿、铝土矿矿渣和沙子作为可渗透反应墙填充材料，使流经可渗透反应墙的汞污染地下水与天然磁铁矿和铝土矿矿渣充分接触，从而达到修复地下水汞污染的目的。