CN102179193A

CN102179193A - 一种异位泡沫的发生方法及其装置

Info

Publication number: CN102179193A
Application number: CN2011100989941A
Authority: CN
Inventors: 陈家军; 王浩
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了一种制备异位泡沫的方法及装置，该方法包括以下步骤：通过流量计分别控制发泡剂的流速0.1～50mL/min和气体的流速1～500mL/min，使气、液按照以下体积比100∶35～100∶0.2进行混合，经混合的气液经多孔材料切割生成粒径范围10μm～3500μm的泡沫。与现有技术相比，利用本发明的异位泡沫发生技术可以人为控制生成泡沫的基本特性，生成的泡沫可广泛应用于土壤污染冲洗领域。

Description

一种异位泡沫的发生方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种异位泡沫发生技术，具体地说是一种应用于土壤冲洗修复领域的异位泡沫发生方法和发生装置。

背景技术

泡沫冲洗是在表面活性剂冲洗基础之上开发出的能够显著提高非均质性介质中冲洗液流动均匀性(流动波及率)的新型土壤原位修复技术。泡沫冲洗技术的优势主要在于能够有效地控制冲洗液在土壤中的流动，尽量消除土壤的非均质性带来的流动非均匀现象，增加冲洗液与土壤污染物的接触效率。目前有不少研究表明泡沫自身的特性如泡沫的含气量、稳定性以及泡沫尺寸是影响泡沫流动的关键参数。

当前泡沫冲洗所使用的泡沫产生方式主要有两大类，一类是将气体与发泡剂同时通入土壤中，在土壤的孔隙中产生泡沫，这种方式产生的泡沫被称为原位泡沫；另一类是在冲洗前人工生成泡沫，然后将泡沫注入土壤进行冲洗，这种方式产生的泡沫叫作异位泡沫。

其中异位泡沫一般都是采用向发泡剂中曝气的方式或对发泡剂震荡搅拌产生泡沫，这种方式无法对产生的泡沫尺寸进行控制，生成泡沫的含气量、稳定性随机性也较大。

因此采用传统方式制造的异位泡沫进行冲洗不能对生成泡沫的特性进行控制，也不能解决冲洗液在非均质介质中不均匀流动的问题。

针对现有的技术不足，提供一种能应用于土壤污染冲洗的异位泡沫的发生方法，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以选择性的制造具备一定特性的泡沫、有效地控制生成泡沫的含气量及尺寸，配合发泡剂类型及浓度的选择的、应用于土壤污染冲洗的异位泡沫的发生方法。

本发明的另一个目的是提供为实现上述方法而专门设计的泡沫发生装置，该装置中还存在相应的气液比监控装置，整套装置设计简单、易操作，且能增加泡沫特性控制效率。

本发明提供的制备异位泡沫的方法，通过流量计分别控制发泡剂的流速0.1～50mL/min和气体的流速1～500mL/min，使气、液按一定比例范围100∶35～100∶0.2(mL/mL)进行混合，混合的气液可以通过调换不同内部孔径的多孔材料切割成粒径范围10μm～3500μm的泡沫.

本发明中，所述多孔材料应选择孔喉比较小的材料，材料应具备均匀的孔隙结构。

本发明还提供了一种制备异位泡沫的装置，该装置由制备异位泡沫的装置和气液比监控装置组成；所述制备异位泡沫的装置由气相管路、液相管路、气液混合室、多孔材料和泡沫接收瓶组成；所述气液比监控装置是红外气体分析仪。

本发明提供的装置中，所述气相管路含有气体压缩瓶、减压阀和流量计；液相管路含有蠕动泵和流量计

所述气液混合室由带椭圆形混合室的T型三通管构成；T型混合器的中部设计为椭圆形混合室，气、液分别从两侧进入，经混合后从中间侧流出，T型三通管的材质为钢或不锈钢。

为避免泡沫发生过程中气相、液相的回流，在每个流量计前各设置单向阀一个。

在气相管路中，减压阀后还含有一个精密减压阀，避免气体供应压力过大。

所述泡沫接收瓶底部出口处设置半渗透膜，只允许气体流出进入红外气体分析仪。

本发明还提供了一种制备异位泡沫的装置在制备异位泡沫的应用，该应用包括以下步骤：该应用包括以下步骤：气体经单向阀、流量计，液体经蠕动泵、流量计，然后同时进入气液混合室，完全混合的气液流经多孔物质被切割生成泡沫，泡沫生成后进入泡沫接收瓶。本发明还提供了气液比监控装置对气液比进行调控的方法，该方法包括以下步骤：若红外气体检测仪显示有氮气读数，通过1#流量计调小气体流速，直至氮气读数为零，若泡沫接收瓶内持续观察到有液体产生，则通过2#流量计调小液体流速，直至不再有新的液体产生。

上述流量计、减压阀、精密调压阀、单向阀、多孔材料便携式红外气体分析仪均为市售产品。

T型混合器为自加工产品。

与现有的技术相比，本发明的异位泡沫发生方法及泡沫发生装置具有以下突出的优点：

1)通过流量计分别控制气、液的流速，在T型混合器中充分混合，可以制造具有一定含气量的泡沫，有效地控制生成泡沫的含气量及尺寸，配合发泡剂类型及浓度的选择。

2)泡沫气液比监控装置能有效地监控泡沫产生过程中的过剩气体和液体，通过结果反馈至气液比的调节，避免过剩气体和液体的浪费。

3)通过多孔材料对气液混合体的切割作用产生大小均匀且性质稳定的泡沫，可通过更换不同孔隙直径的多孔材料控制生成不同粒径的泡沫。

4)配合选择合适的发泡剂类型、浓度，可以制造具备粒径范围小、稳定性高的泡沫，在较高的压力条件下制造的泡沫，无需加压可直接用作后续的土壤冲洗，更符合泡沫冲洗的应用要求。

5)本发明提供的装置中还存在相应的气液比监控装置，整套装置设计简单、易操作，且控制泡沫特性。

6)装置组装简易，耗费成本低，具有宽广的市场效益。

附图说明

附图1是泡沫发生装置；

附图2是T型混合室。附图3是采用控制参数泡沫与传统泡沫进行冲洗的去除效果。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：制备异位泡沫的装置

参照附图1，本发明所提供的制备异位泡沫的装置，包括有氮气压缩瓶、减压阀、精密调压阀、单向阀、流量计1、蠕动泵、流量计2、气液混合室、多孔材料(固结砂芯，平均孔径0.1mm)、泡沫接收瓶以及便携式红外气体分析仪。

在气相管路中，减压阀后设置精密调压阀，再与单向阀1、流量计1连接，连接管为Φ5mm软管；

在液相管路中，蠕动泵后接单向阀2、流量计2，连接管为Φ5mm软管；

气液相管与气液混合室的连接管为Φ5mm软管；

在气液混合室中，如图2所示的T型混合室与多孔材料间用Φ5mm软管连接；

多孔材料与泡沫接收器间用Φ10mm软管连接，泡沫接收瓶出口处设置一半渗透膜，接收瓶与气体分析仪间用Φ5mm软管连接。

实施例2：制备异位泡沫的方法

1)打开气相管路中的与氮气压缩瓶相连的减压阀，调节精密调压阀，压力调节范围为0.1Mp～0.25Mp，调节流量计1为10mL/min；

2)同时打开蠕动泵开始抽取5000mg/L的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液，调节流量计2为100mL/min；

3)气、液同时进入气液混合室进行混合；

4)混合后的气、液进入固结砂芯，生成的泡沫进入泡沫接收瓶；

5)系统中残留气体和过量氮气均进入红外气体分析仪后排出。

上述实验中泡沫接收瓶中未发现有液体累积，红外监测显示未发现氮气流出，由上述过程制造的泡沫粒径范围是0.089～0.122mm，泡沫平均粒径为0.112mm，泡沫的气液比为100∶9.5，泡沫的平均半衰期为7.5小时。

实施例3：制备异位泡沫的装置

参照附图1，本发明所提供的制备异位泡沫的装置、管路连接方式与实例1中相同，多孔材料采用金属曝气头，平均孔径约0.98mm。

实施例4：制备异位泡沫的方法

1)打开气相管路中的与氮气压缩瓶相连的减压阀，调节精密调压阀，压力调节范围为0.1Mp～0.25Mp，调节流量计1为5mL/min；

2)同时打开蠕动泵开始抽取1000mg/L的曲拉通100(Tx-100)溶液，调节流量计2为200mL/min；

3)气、液同时进入气液混合室进行混合；

4)混合后的气、液进入曝气头，生成的泡沫进入泡沫接收瓶；

上述实验中泡沫接收瓶中未发现有液体累积，红外监测显示发现有氮气流出，剩余氮气流出速度约为56mL/min，制造的泡沫粒径范围是0.87～1.31mm，泡沫平均粒径为1.09mm，泡沫的气液比为100∶32.7，泡沫的平均半衰期为2.5小时。

实施例5：传统制备异位泡沫的方法1

采用传统的曝气方式制造异位泡沫，将氮气以100mL/min流速通入500mL浓度为5000mg/L的SDS溶液中，得到的泡沫粒径范围是0.82～17.8mm，泡沫平均粒径为3.87mm，泡沫的平均半衰期为16.8min，实验中有大量气体过剩，泡沫的气液比无法进行控制。

实施例6：传统制备异位泡沫的方法2

采用传统的搅拌方式制造异位泡沫，选用功率为50W的桨叶搅拌器对烧杯中500mL浓度为5000mg/L的SDS溶液进行搅拌，桨叶转速 1500r/min，得到的泡沫粒径范围是0.54～13.2mm，泡沫平均粒径2.98mm，泡沫平均半衰期为43.2min，实验中泡沫气液比亦无法进行控制。

通过实验例的对比结果可以看出，采用本发明的异位泡沫发生装置可以对泡沫的含气量进行控制，制造出的泡沫具有较小的泡沫粒径范围，较高的泡沫稳定性等优点。

实施例7：在土壤冲洗中的应用

分别采用传统方法1、2制造的泡沫和利用本发明装置实例4方法生成的泡沫进行土壤介质原位冲洗实验。实验材料如下：介质选用80～100目精制石英砂；表面活性剂选用5000mg/L SDS溶液；污染物选用电容器油，其中主要成分为多氯联苯(PCBs)Aroclor 1260，采用人工方式对砂样进行污染，PCBs污染浓度为100mg/kg；采用柱冲模拟砂土模拟冲洗，砂柱内径75mm，高度30mm。冲洗条件为：传统方式采用注射泵将泡沫注入，本发明产生的泡沫采用氮气压缩瓶注入；定流速冲洗，泡沫的注入速度为60ml/min(标准大气压)，共计冲洗30个孔隙体积，消耗表面活性剂溶液9000ml。冲洗得到PCBs去除率随孔隙体积的变化，结果如图3。

从图3可以看出利用本泡沫发生装置制造的控制参数泡沫在冲洗去除PCBs污染砂样具有较明显的优势，在冲洗30PV后的PCBs去除率超过80％，控制参数泡沫在冲洗30PV后对PCBs的去除效率是曝气泡沫的2.04倍，是搅拌泡沫的1.15倍。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种制备异位泡沫的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：通过流量计分别控制发泡剂的流速0.1～50mL/min和气体的流速1～500mL/min，使气、液按照以下体积比100∶35～100∶0.2进行混合，混合的气液可以通过调换不同内部孔径的多孔材料控制生成泡沫的粒径，粒径范围为10μm～3500μm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发泡剂为普通应用于土壤冲洗的表面活性剂。

3.一种制备异位泡沫的装置，其特征在于，该装置由制备异位泡沫的装置和气液比监控装置组成，所述制备异位泡沫的装置由气相管路、液相管路、气液混合室、多孔材料和泡沫接收瓶组成；所述气液比监控装置是红外气体分析仪。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述气相管路含有气体压缩瓶、减压阀和流量计；液相管路含有蠕动泵和流量计。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述气液混合室由带椭圆形混合室的T型三通管构成，该T型三通管的材质为钢或不锈钢。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述T型混合器的中部设计为椭圆形混合室，气、液分别从两侧进入，经混合后从中间侧流出。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，为避免泡沫发生过程中气相、液相的回流，在每个流量计前各设置单向阀一个。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述气相管路在减压阀后还含有一个精密减压阀。

9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：泡沫接收瓶底部出口处设置半渗透膜，只允许气体流出进入红外气体分析仪。

10.权利要求3-7任一项所述的装置在制备异位泡沫的应用，其特征在于，该应用包括以下步骤：气体经单向阀、流量计，液体经蠕动泵、流量计，然后同时进入气液混合室，完全混合的气液流经多孔材料被切割生成泡沫，泡沫生成后进入泡沫接收瓶。

11.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，气液比监控装置通过以下方式对气液比进行调控：若红外气体检测仪显示有氮气读数，通过1#流量计调小气体流速，直至氮气读数为零，若泡沫接收瓶内持续观察到有液体产生，则通过2#流量计调小液体流速，直至不再有新的液体产生。