CN102601110A - 一种修复四氯乙烯土壤污染的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于地下水污染修复技术领域的一种采用阴-非离子混合表面活性剂修复四氯乙烯土壤污染的装置及方法。该装置包括室内部分的溶液配置单元、表面张力测定单元、表面活性剂增溶测定单元和室外部分的土柱冲洗实验装置。本发明的装置和方法能够经济、高效的去除土壤中的PCE，具有修复效果好，周期短的特点，对于修复区域干扰小，阴离子表面活性剂溶液中加入非离子表面活性剂，混合表面活性剂溶液的临界胶束浓度介于单一阴、非离子表面活性剂临界胶束浓度之间，以此来降低其临界胶束浓度以获得对污染物更好的增溶效果，降低修复成本。
Description
技术领域
本发明属于地下水污染修复技术领域，具体涉及一种采用阴-非离子混合表面活性剂修复四氯乙烯土壤污染的装置及方法。
背景技术
非水相液体(NAPLS)一般具有稳定的物化性质和强烈的毒性及生物效应，多是致癌、致畸和致突变的潜在性化学物质，对人体的危害极大。地下水中最常见的NAPLS污染物是有机氯溶剂，如PCE、TCE等。四氯乙烯作为一种重要的有机氯产品，是一种难降解有机化合物，具有“三致”效应，会对人体的肝、肺、中枢神经、皮肤、消化系统和肾等造成伤害。PCE降解的中间产物TCE、二氯乙烯、一氯乙烯等对人的中枢神经系统有强烈的抑制作用。鉴于非水相液体的污染范围之广、危害程度之大，而多数地区又以地下水位饮用水作为水源，所以这类污染的治理和控制一直备受关注。我国对这类污染的研究起步较晚，但也已经开始了一些试验性的修复研究。
表面活性剂增效修复技术是以抽出处理技术为基础的一种土壤和地下水有机污染原位处理方法，修复效果好，周期短，且对修复区域的干扰小，是近年来地下有机污染修复研究的热点。1984年美国联邦环保署确定表面活性剂强化修复技术作为土壤和地下水有机污染的治理技术。大量的实验室研究及现场应用都显示出其在地下水污染修复中存在的巨大潜力。
近年来研究发现单一表面活性剂对疏水性有机物的增溶能力有限，修复效率偏低，且高浓度的使用易造成表面活性剂污染。现阶段，混合表面活性剂的研究备受关注。虽然阴阳离子混合表面活性剂体系具有很强的协同效应，但是由于过于强烈的静电作用使得该体系一旦浓度超过临界胶束浓度及产生沉淀或发生相分离，所以不易应用。目前混合表面活性剂在非水相液体污染的治理方面已经取得一些研究进展，如研究发现阴、非离子混合表面活性剂Tween80-SDS对三种DNAPLS的增溶效果明显强于单一离子表面活性剂SDS，SDS-Tween80对萘没有明显的混合增溶作用，但对芘的协同增溶效果明显等。但是对于目前的研究中，未见到阴-非离子表面活性剂在PCE修复中的研究，即缺少在处理非水相液体污染，混合表面活性剂是否比单一表面活性剂具有更好的修复效果，以及怎样比例的混合能够达到最优的修复效果的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用阴-非离子混合表面活性剂修复四氯乙烯土壤污染的装置及方法。
一种采用阴-非离子混合表面活性剂进行四氟乙烯土壤污染修复的装置，包括室内部分和室外部分，其特征在于，室内部分由表面活性剂标准溶液配置单元、表面张力测定单元和单一及混合表面活性剂增溶测定单元组成；室外部分为土柱冲洗实验装置，其结构为：储液瓶4固定于铁架台上，储液瓶4通过管道与蠕动泵5连接，蠕动泵5与玻璃柱体6连接，玻璃柱体6与收集器7连接。
单一和混合表面活性剂配置单元，将配置的不同质量比的单一及混合表面活性剂15mL置于培养皿中，培养皿置于表面张力测定单元中，进行表面张力测定，绘制表面活性剂溶液的表面张力与浓度对数的关系，即求得表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)，在CMC以上，在单一及混合表面活性剂增溶测定单元中，测定单一及混合表面活性剂的增溶效果；经过室内部分水溶液中污染物的表观溶解度与表面活性剂浓度之间的线性关系后，针对表面活性剂在基质上的吸附作用，进行室外土柱冲洗实验。
所述玻璃柱体6的结构为：上端不锈钢挡板8和下端不锈钢挡板9中间设置柱体11，上端不锈钢挡板8与下端不锈钢挡板9同时嵌入100目布水挡板金属丝网10，布水挡板金属丝网10与下端不锈钢挡板9中间填充沙子。
所述柱体11高度为16cm，装填高度为13cm，装沙230-280g，平均孔隙体积为85-87mL，有效孔体积为32-33mL。
一种采用阴-非离子混合表面活性剂进行四氟乙烯土壤污染修复的方法，按照如下步骤进行：
a、分别准确称取5g SDS和Tween 80溶解于超纯水中，转移至500mL的容量瓶中定容，获得浓度为10000mg/LSDS和Tween 80的储备液；
b、在SDS储备液和Tween80储备液的临界胶束浓度附近，按SDS和Tween 80质量比为1∶0、3∶1、1∶1、1∶3、0∶1的比例配制表面活性剂溶液，震荡摇匀；
c、采用白金板法分别测定步骤b中所配置溶液的表面张力，绘制表面活性剂溶液的表面张力与浓度对数的关系曲线，从图中转折点求得表面活性剂的临界胶束浓度；
d、取SDS和Tween 80储备液，配制浓度为2000、400、6000、8000、10000、16000、20000mg/L的单一和混合表面活性剂溶液；所述混合表面活性剂为SDS和Tween 80质量比3∶1、1∶1或1∶3的混合溶液；
e、将步骤d配制好的表面活性剂溶液及四氯乙烯加入锥形瓶中，经震荡离心后取上清液，采用高效液相色谱测定四氯乙烯的浓度；
f、测定表面活性剂初始浓度为4000mg/L时，单一及混合表面活性剂SDS、Tween 80对四氯乙烯是否具有增溶作用，若有，进行后续操作；无机盐NaCl和CaCl2能否增强单一和混合SDS、Tween 80溶液对四氯乙烯的增溶作用，若能，进行后续操作；
g、用蠕动泵自下向上缓慢给柱体11供水12小时以上，使柱体11充分饱水，然后重力释水，静置1天，自顶部加入1mL四氯乙烯，用保鲜膜密封端口，黑色塑料纸包裹柱体11避免四氯乙烯见光分解，静置1天后用蒸馏水或表面活性剂溶液自上向下淋洗；测定步骤d中配置的表面活性剂溶液的吸附作用，设计异水平4因素正交实验：SDS与Tween 80质量比分别为0∶1、1∶1、3∶1、1∶0；表面活性剂浓度分别为4000mg/L、8000mg/L；冲洗液流速分别为1.0mL/min、2.0mL/min；离子强度分别为500mg/L、5000mg/L；根据正交设计做8组实验，溶液的冲洗流速不同分成2组进行，考察步骤d中SDS和Tween80不同浓度比下的表面活性剂溶液冲洗与水力冲洗对PCE的去除效果。
本发明的有益效果：能够经济、高效的去除土壤中的PCE，具有修复效果好，周期短的特点，对于修复区域干扰小；阴离子表面活性剂溶液中加入非离子表面活性剂，混合表面活性剂溶液的临界胶束浓度介于单一阴、非离子表面活性剂临界胶束浓度之间，以此来降低其临界胶束浓度以获得对污染物更好的增溶效果，降低修复成本；采用的表面活性剂中，SDS比十二烷基苯磺酸钠更易于降解，吐温系列表面活性剂对环境中微生物的毒性小，这两种表面活性剂的混合更有利于修复完成的后续处理。
附图说明
图1为本发明土柱冲洗实验装置示意图；
图中，4-储液瓶、5-蠕动泵、6-玻璃柱体、7-收集器、8-上端不锈钢挡板、9-下端不锈钢挡板、10-布水挡板金属丝网、11-柱体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种采用阴-非离子混合表面活性剂进行四氟乙烯土壤污染修复的装置，包括室内部分和室外两部分，其特征在于，室内部分的结构为：表面活性剂标准溶液及一系列单一和混合表面活性剂配置单元，将单一和混合表面活性剂配置单元中配置的不同质量比的单一及混合表面活性剂15mL置于培养皿中，培养皿置于表面张测定单元中，进行表面张力测定，绘制表面活性剂溶液的表面张力与浓度对数的关系，求得表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)，在CMC以上，在单一及混合表面活性剂增溶测定单元中，测定单一及混合表面活性剂的增溶效果；经过室内部分水溶液中污染物的表观溶解度与表面活性剂浓度之间的线性关系后，针对表面活性剂在基质上的吸附作用，进行室外土柱冲洗实验，室外部分的结构为：储液瓶4固定于铁架台上，储液瓶4通过管道与蠕动泵5连接，蠕动泵5与玻璃柱体6连接，玻璃柱体6与收集器7连接；玻璃柱体6的结构为：上端不锈钢挡板8和下端不锈钢挡板9中间设置柱体11，上端不锈钢挡板8和下端不锈钢挡板9嵌入100目布水挡板金属丝网10，布水挡板金属丝网10与下端不锈钢挡板9中间填充沙子，柱体11高度为16cm，装填高度为13cm，装沙260g，平均孔隙体积为86.15mL，有效孔体积为32.62mL。
采用上述装置进行四氟乙烯土壤污染修复的方法，按照如下步骤进行：
a、分别准确称取5g SDS和Tween 80溶解于超纯水中，转移至500mL的容量瓶中定容，获得浓度为10000mg/LSDS和Tween 80的储备液；
b、在SDS储备液和Tween80储备液的临界胶束浓度附近，按SDS和Tween 80质量比为1∶0、3∶1、1∶1、1∶3、0∶1的比例配制表面活性剂溶液，震荡摇匀；
c、采用白金板法分别测定步骤b中所配置溶液的表面张力，绘制表面活性剂溶液的表面张力与浓度对数的关系曲线，从图中转折点求得表面活性剂的临界胶束浓度；
d、取SDS和Tween 80储备液，配制浓度为2000、400、6000、8000、10000、16000、20000mg/L的单一和混合表面活性剂溶液；所述混合表面活性剂为SDS和Tween 80质量比3∶1、1∶1或1∶3的混合溶液；
e、将步骤d配制好的表面活性剂溶液及四氯乙烯加入锥形瓶中，经震荡离心后取上清液，采用高效液相色谱测定四氯乙烯的浓度；
f、测定表面活性剂初始浓度为4000mg/L时，单一及混合表面活性剂SDS、Tween 80对四氯乙烯是否具有增溶作用，若有，进行后续操作；无机盐NaCl和CaCl2能否增强单一和混合SDS、Tween 80溶液对四氯乙烯的增溶作用，若能，进行后续操作；
g、用蠕动泵自下向上缓慢给柱体11供水12小时以上，使柱体11充分饱水，然后重力释水，静置1天，自顶部加入1mL四氯乙烯，用保鲜膜密封端口，黑色塑料纸包裹柱体11避免四氯乙烯见光分解，静置1天后用蒸馏水或表面活性剂溶液自上向下淋洗；测定步骤d中配置的表面活性剂溶液的吸附作用，设计异水平4因素正交实验：SDS与Tween 80质量比分别为0∶1、1∶1、3∶1、1∶0；表面活性剂浓度分别为4000mg/L、8000mg/L；冲洗液流速分别为1.0mL/min、2.0mL/min；离子强度分别为500mg/L、5000mg/L；根据正交设计做8组实验，溶液的冲洗流速不同分成2组进行，考察步骤d中SDS和Tween80不同浓度比下的表面活性剂溶液冲洗与水力冲洗对PCE的去除效果，结果表明表面活性剂质量配比在SDS∶Tween80为3∶1时去除效果最好，表面活性剂浓度在8000mg/L，离子强度为5000mg/L，柱冲洗流速采用1.0ml/min时达到较好的去除效果，反映了混合表面活性剂在PCE去除中的优越性。
Claims (4)
1.一种采用阴-非离子混合表面活性剂进行四氟乙烯土壤污染修复的装置，包括室内部分和室外部分，其特征在于，室内部分由表面活性剂标准溶液配置单元、表面张力测定单元和单一及混合表面活性剂增溶测定单元组成；室外部分为土柱冲洗实验装置，其结构为：储液瓶(4)固定于铁架台上，储液瓶(4)通过管道与蠕动泵(5)连接，蠕动泵(5)与玻璃柱体(6)连接，玻璃柱体(6)与收集器(7)连接。
2.根据权利要求1所述一种采用阴-非离子混合表面活性剂进行四氟乙烯土壤污染修复的装置，其特征在于，所述玻璃柱体(6)的结构为：上端不锈钢挡板(8)和下端不锈钢挡板(9)中间设置柱体(11)，上端不锈钢挡板(8)与下端不锈钢挡板(9)同时嵌入100目布水挡板金属丝网(10)，布水挡板金属丝网(10)与下端不锈钢挡板(9)中间填充沙子。
3.根据权利要求1所述一种采用阴-非离子混合表面活性剂进行四氟乙烯土壤污染修复的装置，其特征在于，所述柱体(11)高度为16cm，装填高度为13cm，装沙230-280g，平均孔隙体积为85-87mL，有效孔体积为32-33mL。
4.一种采用阴-非离子混合表面活性剂进行四氟乙烯土壤污染修复的方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
a、分别准确称取5g SDS和Tween 80溶解于超纯水中，转移至500mL的容量瓶中定容，获得浓度为10000mg/LSDS和Tween 80的储备液；
b、在SDS储备液和Tween 80储备液的临界胶束浓度附近，按SDS和Tween80质量比为1∶0、3∶1、1∶1、1∶3、0∶1的比例配制表面活性剂溶液，震荡摇匀；
c、采用白金板法分别测定步骤b中所配置溶液的表面张力，绘制表面活性剂溶液的表面张力与浓度对数的关系曲线，从图中转折点求得表面活性剂的临界胶束浓度；
d、取SDS和Tween 80储备液，配制浓度为2000、400、6000、8000、10000、16000、20000mg/L的单一和混合表面活性剂溶液；所述混合表面活性剂为SDS和Tween 80质量比3∶1、1∶1或1∶3的混合溶液；
e、将步骤d配制好的表面活性剂溶液及四氯乙烯加入锥形瓶中，经震荡离心后取上清液，采用高效液相色谱测定四氯乙烯的浓度；
f、测定表面活性剂初始浓度为4000mg/L时，单一及混合表面活性剂SDS、Tween 80对四氯乙烯是否具有增溶作用，若有，进行后续操作；无机盐NaCl和CaCl2能否增强单一和混合SDS、Tween 80溶液对四氯乙烯的增溶作用，若能，进行后续操作；
g、用蠕动泵自下向上缓慢给柱体11供水12小时以上，使柱体11充分饱水，然后重力释水，静置1天，自顶部加入1mL四氯乙烯，用保鲜膜密封端口，黑色塑料纸包裹柱体11避免四氯乙烯见光分解，静置1天后用蒸馏水或表面活性剂溶液自上向下淋洗；测定步骤d中配置的表面活性剂溶液的吸附作用，设计异水平4因素正交实验：SDS与Tween 80质量比分别为0∶1、1∶1、3∶1、1∶0；表面活性剂浓度分别为4000mg/L、8000mg/L；冲洗液流速分别为1.0mL/min、2.0mL/min；离子强度分别为500mg/L、5000mg/L；根据正交设计做8组实验，溶液的冲洗流速不同分成2组进行，考察步骤d中SDS和Tween 80不同浓度比下的表面活性剂溶液冲洗与水力冲洗对PCE的去除效果。
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