CN101879519B - 一种修复重金属污染土壤的超声波原位萃取工艺 - Google Patents
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Abstract
为了解决传统重金属污染土壤原位萃取技术的缺陷，本发明提供了一种超声波强化原位萃取工艺。萃取剂通过喷灌装置和注入井均匀渗入受污染土壤表层及内部，在超声波作用下进行快速萃取，萃取后溶液通过抽出井抽取收集至萃取剂再生池进行处理，再生后的萃取剂可重新循环使用。本发明萃取效率高、时间短、萃取剂可再生使用，可经济有效地对重金属污染土壤进行原位萃取修复。
Description
技术领域：
本发明属于土壤治理和修复技术领域，具体涉及一种采用超声波加速萃取重金属，可用于原位修复重金属污染土壤的萃取工艺。
背景技术：
土壤的重金属污染因其具有隐蔽性、长期性和不可逆性，使得土壤肥力不断退化，导致农作物产量和品质降低，并对人类的生命和健康间接的造成潜在的危害。近年来随着冶炼、印染、电子等行业的迅速发展，国内外场地污染事件频繁发生，对人们生活、生态环境及社会安全构成了严重威胁，因此对重金属污染场地的修复非常必要。
重金属污染土壤修复主要分为物理修复、化学修复和生物修复。相比工程浩大的物理修复方法和耗时、处理率低的生物修复法，化学修复法具有快速、高效等优点，而化学萃取法更是少数较成熟的有效去除土壤中重金属的方法之一。根据其修复方式可以分为原位萃取技术、异位萃取技术。相比异位萃取技术，原位萃取更具有处理成本低，工艺简单等优点。但传统的原位萃取技术一般是通过将萃取剂原位灌注实现萃取土壤中的重金属，存在着萃取效率低、萃取程度差异较大、萃取时间长等缺点。
工业上，利用超声波进行清洗、干燥、杀菌、雾化等，是一种非常成熟且广泛应用的技术。近些年，超声波技术应用转向新领域发展，其中就包括超声波萃取。其主要是通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固一液萃取。超声波可以加速介质质点运动，并能在液体介质中传播产生特殊的“空化效应”，即不断产生无数内部压力达到上千个大气压的微气穴并不断“爆破”产生微观上的强大冲击波从而加速萃取。目前超声波萃取已经成功用于中药萃取和实验室研究，仍未见应用于重金属污染土壤的原位萃取修复相关报道。
发明内容：
为了解决传统原位萃取技术的缺陷，本发明提供了一种采用超声波强化萃取，适用于修复重金属污染土壤的原位萃取工艺。为实现上述目的，本发明主要由喷灌装置、注入井、超声波发生器、换能器振子盒、萃取剂储罐、抽出井、萃取剂收集池、萃取剂再生池、注入泵、抽水泵构成。萃取剂通过喷灌装置和注入井均匀渗入受污染土壤表层及内部，在超声波作用下进行快速萃取，萃取后溶液通过抽出井抽取收集至萃取剂再生池进行处理，再生后的萃取剂可重新循环使用。
喷灌装置设于重金属污染土壤表层；注入井设于重金属污染土壤内部；抽出井设于重金属污染土壤两侧。超声波发生器置于土壤外部，可调控；换能器振子盒埋于重金属污染土壤内部，其埋深和振子数量可以根据土壤受污染程度及水文地质条件作适当调整；换能器振子盒与超声波发生器相连接，由换能器振子盒向污染土壤萃取溶媒中发出的超声波，频率大小可根据超声波发生器调节。根据水文地质、污染范围和污染程度等实地情况来确定喷灌设备、注入井、抽出井、换能器振子盒的个数以及间距等参数。考虑污染土壤质地、重金属种类以及污染程度来进行萃取剂的选择，可以是酸、盐溶液、螯合剂、表面活性剂中的一种或几种。经抽出井抽出的萃取剂收集后流入萃取剂再生池，进行再生处理，经再生后的萃取剂回流至萃取剂储罐进行重复萃取使用。
本发明的有益效果：
(1)萃取效率高。相比传统化学萃取技术，利用超声波特殊性质，使萃取更加充分彻底，并且超声波的振动均化有利于均匀萃取；
(2)萃取剂可重复利用，降低成本；
(3)具有广谱性。超声波萃取与溶剂和目标萃取物的性质(如极性)无关，因此，可供选择的萃取剂种类多，可处理的重金属种类范围广泛，适用性强；
(4)缩短萃取时间，降低能耗。传统化学萃取所需的时间达几十小时以上，本发明可快速萃取，从而降低人力和能耗；
(5)安全性好，操作简单易行。本发明无需高温，在常压下萃取即可。
附图说明：
图1为一种修复重金属污染土壤的超声波原位萃取工艺示意图。
图中标号说明：1.喷灌装置 2.注入井 3.超声波发生器 4.换能器振子盒 5.萃取剂储罐 6.抽出井 7.萃取剂收集池 8.萃取剂再生池 9.注入泵 10.抽水泵
具体实施方式：
结合图1具体说明本发明实施方式如下：配制好的萃取剂贮存于萃取剂储罐(5)中，通过喷灌装置(1)和注入井(2)均匀渗入受污染土壤表层及内部后，开启超声波发生器(3)并调节功率，通过换能器振子盒(4)向土壤发射超声波进行超声波萃取，萃取一定时间后，在抽水泵(10)作用下，萃取剂从抽出井(6)中抽提出来运输至萃取剂收集池(7)，然后流入萃取剂再生池(8)，在萃取剂再生池(8)中进行萃取剂与重金属的分离，再生后的萃取剂流入萃取剂储罐(5)中重复利用。
Claims (5)
1.一种修复重金属污染土壤的超声波原位萃取工艺，包括：喷灌装置(1)、注入井(2)、超声波发生器(3)、换能器振子盒(4)、萃取剂储罐(5)、抽出井(6)、萃取剂收集池(7)、萃取剂再生池(8)、注入泵(9)、抽水泵(10)；其特征是：萃取剂通过喷灌装置(1)与注入井(2)均匀渗入受污染土壤表层及内部，并在超声波发生器(3)和换能器振子盒(4)联合作用下对土壤中的重金属进行超声波快速萃取，萃取后的溶液经抽出井(6)抽出收集后进行再生处理，再生后的萃取剂又回流至萃取剂储罐(5)重复利用。
2.根据权利要求1所述的一种修复重金属污染土壤的超声波原位萃取工艺，其特征是：超声波发生器置于土壤外部，可调控；换能器振子盒埋于重金属污染土壤内部，其埋深和振子数量可以根据土壤受污染程度及水文地质条件作适当调整；换能器振子盒与超声波发生器相连接，由换能器振子盒向污染土壤萃取溶媒中发出的超声波，频率大小可根据超声波发生器调节。
3.根据权利要求1所述的一种修复重金属污染土壤的超声波原位萃取工艺，其特征是：喷灌装置设于重金属污染土壤表层；注入井设于重金属污染土壤内部；抽出井设于重金属污染土壤两侧；喷灌装置、注入井和抽出井的数量、间隔可根据污染土壤的实际情况调整。
4.根据权利要求1所述的一种修复重金属污染土壤的超声波原位萃取工艺，其特征是：根据受污染土壤质地、污染重金属种类以及污染程度来进行萃取剂的选择，所用的萃取剂可以是酸、盐溶液、螯合剂、表面活性剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种修复重金属污染土壤的超声波原位萃取工艺，其特征是：经抽出井抽出收集的萃取剂至萃取剂再生池进行再生处理，经再生后的萃取剂回流至萃取剂储罐进行重复萃取使用。
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