[发明专利]一种可原位去除地下水中三氯乙烯且具有核壳结构的生物渗透反应墙缓释填料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可原位去除地下水中三氯乙烯且具有核壳结构的生物渗透反应墙缓释填料及其制备方法，属于水处理技术领域。以聚乙烯醇和海藻酸钠为复合包埋剂，以含CaCl₂的饱和硼酸溶液为交联剂，采用同轴共滴的方式制成一种核壳结构的填料。其中，填料外壳包埋经驯化后可高效降解目标污染物的优势菌群，内核包埋供微生物降解目标污染物所需的碳、氮、磷源。本发明制备的填料不仅有效防止微生物流失，且能长效缓释碳源，及氮、磷营养元素，从而保持生物可渗透反应墙长效降解去除地下水中三氯乙烯。

技术领域

本发明属于地下水原位修复技术领域，涉及原位去除地下水中三氯乙烯的生物可渗透反应墙缓释填料及制备方法。

背景技术

三氯乙烯是一种优良的溶剂，溶解能力极强，被广泛运用于众多的行业。毒理学实验发现三氯乙烯可对人体和环境生物造成伤害，致使其已经被许多国家列入“优先控制化合物”、“疑似致癌物质”名单。然而三氯乙烯在生产、储存、运输和使用过程中由于各种原因泄漏释放到地下水环境中，成为最常检出的含氯有机污染物，因此急需要对三氯乙烯污染地下水进行修复。

目前地下水修复技术研究主要分为原位修复技术和异位修复技术领域。异位修复技术先将地下水抽出，而后运用常规水处理技术去除其中污染物。而原位修复技术则可以在基本不破坏土层和地下水等自然环境条件下，原位去除地下水中污染物。近些年，渗透反应墙(PRB)技术因具备持续原位去除多种污染物(如重金属、有机物等)、安装施工方便、性价比高等优点，成为地下水原位修复技术的研究热点。而填料作为渗透反应墙的核心，它的选择对系统运营好坏起到关键作用。

目前原位去除地下水中三氯乙烯可渗透反应墙的装填工艺存在以下问题：

(1)三氯乙烯属于DNAPL类型的污染物，会在自身重力的影响不断下渗最终迁移到地下水厌氧区域，微生物一般以厌氧还原脱氯的方式去除三氯乙烯。这一过程中微生物并不能通过三氯乙烯产生能量供自身代谢使用，而需要外加碳源。外加碳源不仅可以作为微生物呼吸代谢的基础，而且作为电子供体，使三氯乙烯以共代谢的方式被还原去除。因此提供微生物所需要的碳源尤为重要。

(2)短期内添加过量外加碳源迅速消耗地下水中的氮、磷元素，继而限制微生物对碳源的利用以及对三氯乙烯的去除，因此需要向地下水中补充额外的碳源的同时也需要对氮、磷进行补充。

(3)微生物的投加方式多为一次性投加或一次性吸附固定，菌体易于流失。而且场外培育的特效菌种实际上很难适应地下水修复现场中复杂、恶劣环境；此外，由于污染场地存有大量土著菌，也会抑制所添加的培育菌种的生长繁殖，从而导致场外培育的特效菌种在实际修复过程中难以成为优势菌群，无法有效降解地下水中三氯乙烯。

对比公开专利1：原位修复地下水的生物可渗透反应墙填料及制备方法，专利公开号：CN102701642A。该专利以聚乙烯醇作为包埋固定化优势降解菌的载体，以磷酸盐作为聚乙烯醇凝胶化的交联剂，以草炭土作为磷酸化聚乙烯醇的添加剂。微生物包埋避免了优势降解菌的流失，提高了细菌的抗冲击能力，同时提供了磷元素。然而释放出来的磷元素很大一部分随地下水流失了，被包埋的微生物对其利用率不高导致营养元素的浪费。

对比公开专利2：一种铁碳微电池缓释碳源填料及其制备方法，专利公开号：CN103723824A。该专利公开了一种碳铁微电池缓释碳源填料及其制备方法，由内核和外壳组成，内核为有机碳源混合材料，所述的外壳为水泥和高渗透性原料。该发明有效提高了内核的强度，使碳源在材料中分布均匀。但是这种方法存在一定的局限性，仅仅提供碳源是不够的；也没有投加一定的优势降解菌，无法快速有效得降解大量的目标污染物；而且该专利所述的核壳结构需要使用造粒机先制备内核，然后再把内核投入造粒机中包裹外壳，过程复杂。

对比公开专利3：一种以负载型纳米零价铁为填料的可渗透反应墙及应用，专利公开号：CN104961223A。该专利以杭锦2#土负载纳米零价铁复合磁性材料，有效防止纳米零价铁团聚问题。但是纳米零价铁价格高昂，且依靠化学法降解污染物，缺乏微生物长效降解性能。