一种污染场地风险管控阻隔材料及其应用的制作方法

1.本发明涉及环境治理技术领域，特别是，涉及一种污染场地风险管控阻隔材料及其应用。


背景技术：

2.隔离墙技术常被用于临时或长期阻滞以下类型的污染物扩散：1、有毒有害废弃物处置不当或污染物泄露所导致的土水污染；2、大型废弃物填埋场，如垃圾填埋场和矿山尾矿库等渗滤液渗漏所造成的土水环境污染。隔离墙技术的工作原理是利用低渗透性的墙体对污染物或受污染土水进行封装，防止污染物向周围环境扩散。
3.水泥和钠基膨润土是国内外目前最为常用的两种阻隔材料。其中水泥生产和使用成本较低，但其加入土壤中形成的阻隔屏障碱性较高，对周边环境有明显毒害作用；同时地下水中有机污染物和重金属能够严重阻碍水泥水化反应进行，显著削弱水泥系阻隔材料形成的阻隔墙体的整体防渗效果，因此将水泥系阻隔材料应用于污染场地地下水尤其是高浓度污染地下水的阻隔管控，其防渗效果往往无法满足要求；此外水泥生产过程中大量排放二氧化碳、氮氧化物等污染物，在当前大气污染管控要求日益严格背景下，其应用必将受到越来越多的限制。相较于水泥系阻隔材料，钠基膨润土防渗能力强、施工方便、对周边环境影响小，碳排放低，环境友好。但我国钠基膨润土储量极少，天然膨润土以防渗性能较差的钙基膨润土为主，工程上需要对钙基膨润土进行钠化改性，以制得防渗性能较高的人工钠化膨润土；而工程实践中采用人工钠化膨润土或者进口的天然钠基膨润土造价往往较高；同时膨润土系材料主要通过对土颗粒孔隙的填充来实现对污染物的阻隔，其形成的阻隔墙体强度低，力学性能较差，当阻隔屏障上部需要承受荷载时，易发生变形、破损。因此，能否开发一种在有效降低阻隔屏障渗透系数的同时，还能明显改善阻隔墙体力学性能，进而高效解决传统水泥和膨润土系阻隔材料的各种弊端的环境友好型阻隔材料，是本领域一个亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种污染场地风险管控阻隔材料及应用，能够在污染地层中形成低渗透性的阻隔屏障，进而高效阻隔地下水污染物迁移，实现对污染地块的有效风险管控，同时阻隔材料制备方法简易，应用便捷，原材料来源广泛，绿色低碳。
5.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
6.一种污染场地风险管控阻隔材料，由以下质量百分数组分混合而成：
7.硫酸盐还原菌菌剂 10-30％；
8.虾蟹壳制剂
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10-25％；
9.无机材料混合物
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45-80％。
10.优选的，所述硫酸盐还原菌菌剂由以下步骤制成：
11.s101.将秸秆、树叶或植物种壳洗去表面的杂质并烘干，厌氧环境下炭化处理，再将炭化后的材料粉碎过筛，制备得到灭菌的生物炭纤维材料；
12.s102.将舍有氮源和碳源的液体营养液与灭菌的生物炭纤维材料混合均匀，并将得到的混合液调节ph值至8-10，再进行高压蒸汽灭菌，得到灭菌的优化培养液；
13.s103.将硫酸盐还原菌接种至灭菌的优化培养液中，振荡培养18-36h后过滤，制备得到硫酸盐还原菌菌泥；
14.s104.将硫酸盐还原菌菌泥进行冷冻干燥，使其含水量小于5％，再研磨过筛，即得所述硫酸盐还原菌菌剂。
15.优选的，所述的虾蟹壳制剂通过以下步骤制成：
16.s201.将虾蟹壳洗去表面的杂质后进行高压蒸汽灭菌；
17.s202.将灭菌后的虾蟹壳在常温下干燥脱水，使其含水量低于8％；
18.s203.对干燥后的虾蟹壳进行研磨并过筛，即得所述虾蟹壳制剂。
19.进一步的，所述步骤s203中，过筛孔径为2mm。
20.优选的，所述的无机材料混合物由以下步骤制成：
21.s301.对磷石膏进行烘干处理，使其含水率低于5％，并过筛；
22.s302.将过筛后的磷石膏与钙基膨润土按照质量比1∶1.5-2.5混合，干法搅拌均匀制得混合物；
23.s303.将混合物置于300℃条件下，进行高温灭菌；
24.s304.将灭菌后的混合物在干燥环境下静置至室温，即得所述无机材料混合物。
25.进一步的，所述步骤s301中，过筛孔径为1mm。
26.本发明还包括上述任一项所述阻隔材料在污染地块风险管控中的应用，所述阻隔材料与土壤混合时的质量比为1∶5-20。
27.相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明中阻隔材料主要由生物质材料、工业废弃物和微生物制成，原材料来源简便，成本低，相较于传统阻隔材料更加绿色低碳；涉及的包括菌剂在内的组分制备操作简单，易于实现规模产业化，将其应用于污染场地风险管控领域，能够有效拓展相关生物废料和工业废弃物的资源化利用价值，实现以废控污，环境经济效益明显。
28.将发明中阻隔材料添加入土壤中后，硫酸盐还原菌利用生物炭纤维、虾壳制剂提供的充足碳源和氮源，开始大量生长繁殖，大量微生物吸附于土颗粒表面，使得土颗粒间缝隙有效淤堵，降低了土体的渗透系数；硫酸盐还原菌在缺氧以及充足有机质条件下，将磷石膏中的硫酸根离子还原为硫化氢，导致周围环境ph值的升高，产生的大量碳酸根离子与钙基膨润土等中的钙离子结合，形成方解石(碳酸钙)胶体，该胶体能够有效填充土体孔隙，降低土体渗透系数，同时有效胶结土颗粒，显著提高颗粒间的接触点位，大幅度提升土体强度；随着碳酸钙沉淀胶体的不断生成，钙基膨润土中的钙离子逐渐流失，并被环境中的钠和钾等金属离子替代，实现对钙基膨润土的有效改性活化，提升了钙基膨润土的膨胀性、阳离子交换量，改善了其对土体孔隙的填充封堵作用；硫酸盐还原菌将硫酸盐还原成h2s，过程中伴随着大量的碳酸钙离子生成，上述h2s 和碳酸钙离子均能与重金属离子反应生产高度不溶解的沉淀，加上生物炭纤维材料对污染物的吸附作用，进一步提高了阻隔材料对污染物迁移的阻滞效果，使形成的屏障具备较高强度，且环境友好，无二次污染。
具体实施方式
29.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
30.本发明包括一种阻隔材料，由以下质量百分数组分混合而成：
31.硫酸盐还原菌菌剂
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10-30％；
32.虾蟹壳制剂
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10-25％；
33.无机材料混合物
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45-80％。
34.具体的，所述硫酸盐还原菌菌剂由以下步骤制成：
35.s101.将秸秆、树叶或植物种壳洗去表面的杂质并烘干，厌氧环境下炭化处理，再将炭化后的材料粉碎过筛，制备得到灭菌的生物炭纤维材料；
36.s102.将舍有氮源和碳源的液体营养液与灭菌的生物炭纤维材料混合均匀，并将得到的混合液调节ph值至8-10，再进行高压蒸汽灭菌，得到灭菌的优化培养液；
37.s103.将硫酸盐还原菌接种至灭菌的优化培养液中，振荡培养18-36h后过滤，制备得到硫酸盐还原菌菌泥；
38.s104.将硫酸盐还原菌菌泥进行冷冻干燥，使其含水量小于5％，再研磨过筛，即得所述硫酸盐还原菌菌剂。
39.具体的，所述的虾蟹壳制剂通过以下步骤制成：
40.s201.将虾蟹壳洗去表面的杂质后进行高压蒸汽灭菌；
41.s202.将灭菌后的虾蟹壳在常温下干燥脱水，使其含水量低于8％；
42.s203.对干燥后的虾蟹壳进行研磨并过筛，即得所述虾蟹壳制剂。
43.进一步的，所述步骤s203中，过筛孔径为2mm。
44.具体的，所述的无机材料混合物由以下步骤制成：
45.s301.对磷石膏进行烘干处理，使其含水率低于5％，并过筛；
46.s302.将过筛后的磷石膏与钙基膨润土按照质量比1∶1.5-2.5混合，干法搅拌均匀制得混合物；
47.s303.将混合物置于300℃条件下，进行高温灭菌；
48.s304.将灭菌后的混合物在干燥环境下静置至室温，即得所述无机材料混合物。
49.进一步的，所述步骤s301中，过筛孔径为1mm。
50.上述任一项所述阻隔材料在污染地块风险管控中的应用，所述阻隔材料与土壤混合时的质量比为1∶5-20。
51.实施例1-9
52.根据下表1内数据分别进行实施例1-9：
53.表1实施例1-9数值汇总表
54.实施例数值a数值b数值c数值d数值e1836h1∶1.510％：10％：80％1∶52924h1∶220％：18％：62％1∶531018h1∶2.530％：25％：45％1∶54836h1∶1.510％：10％：80％1∶12.55924h1∶220％：18％：62％1∶12.561018h1∶2.530％：25％：45％1∶12.5
7836h1∶1.510％：10％：80％1∶208924h1∶220％：18％：62％1∶2091018h1∶2.530％：25％：45％1∶20
55.1.1制备硫酸盐还原菌菌剂：
56.将秸秆、树叶或植物种壳洗去表面的杂质并烘干，厌氧环境下炭化处理，再将炭化后的材料粉碎过筛，制备得到灭菌的生物炭纤维材料；将含有氮源和碳源的液体营养液与灭菌的生物炭纤维材料混合均匀，并将得到的混合液调节 ph值至数值a，再进行高压蒸汽灭菌，得到灭菌的优化培养液；将硫酸盐还原菌接种至灭菌的优化培养液中，振荡培养时间数值b后过滤，制备得到硫酸盐还原菌菌泥；将硫酸盐还原菌菌泥进行冷冻干燥，使其含水量小于5％，再研磨过筛，即得硫酸盐还原菌菌剂。
57.1.2制备虾蟹壳制剂：
58.将虾蟹壳洗去表面的杂质后进行高压蒸汽灭菌；将灭菌后的虾蟹壳在常温下干燥脱水，使其含水量低于8％；对干燥后的虾蟹壳进行研磨并过2mm筛，即得虾蟹壳制剂。
59.1.3制备无机材料混合物：
60.对磷石膏进行烘干处理，使其含水率低于5％，并过1mm筛；将过筛后的磷石膏与钙基膨润土按照质量比数值c混合，干法搅拌均匀制得混合物；将混合物置于300℃条件下，进行高温灭菌；将灭菌后的混合物在干燥环境下静置至室温，即得无机材料混合物。
61.将上述制备的硫酸盐还原菌菌剂、虾蟹壳制剂和无机材料混合物按照质量百分比数值d混合均匀制得阻隔材料。
62.1.4制作污染地阻隔屏障并检测：
63.将阻隔材料与土壤按照质量比数值e搅拌均匀在污染地块形成阻隔屏障；对阻隔屏障养护28d，达到养护龄期后，钻取阻隔屏障材料开展渗透系数和无侧限抗压强度测试，其中渗透系数实验用自来水、1％六氯苯水溶液或1％硝酸铅水溶液来分别模拟干净地下水、有机污染地下水和重金属污染地下水。
64.对比例1-3：
65.对比例1：将普通硅酸盐425水泥与土壤按照1∶125的质量比搅拌均匀，在污染地块形成阻隔屏障；对阻隔屏障养护28d，达到养护龄期后，钻取阻隔屏障材料开展渗透系数和无侧限抗压强度测试，其中渗透系数实验用自来水、1％六氯苯水溶液或1％硝酸铅水溶液来分别模拟干净地下水、有机污染地下水和重金属污染地下水。
66.对比例2：将钠基膨润土与土壤按照1∶125的质量比搅拌均匀，在污染地块形成阻隔屏障；对阻隔屏障养护28d，达到养护龄期后，钻取阻隔屏障材料开展渗透系数和无侧限抗压强度测试，其中渗透系数实验用自来水、1％六氯苯水溶液或1％硝酸铅水溶液来分别模拟干净地下水、有机污染地下水和重金属污染地下水。
67.对比例3(未添加阻隔材料)：在污染地块土壤中不添加阻隔材料，直接钻取原位土壤开展渗透系数和无侧限抗压强度测试，其中渗透系数实验用自来水、1％六氯苯水溶液或1％硝酸铅水溶液来分别模拟干净地下水、有机污染地下水和重金属污染地下水。
68.汇总以上实施例和对比例检测结果得下表2：
69.表2实施例1-9和对比例1-3测试数据对比表
[0070][0071][0072]
由上表2可以看出，使用本发明实施例1-9中制备的阻隔材料制作的污染地阻隔屏障能够有效降低污染地下水渗透系数，阻隔有机污染物和重金属的迁移扩散，同时具有较高的强度，且酸碱度适中，对周边环境无负面影响。因此本发明的新型阻隔材料适用于重金属和有机物复合污染地块的风险管控需求，极具市场推广应用价值。
[0073]
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。