CN103043822A - 一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于重金属污染环境修复技术领域，特别涉及一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理系统及方法。本发明抽水井通过传输泵与循环式反应器相连，输水井与循环式反应器相连；循环式反应器与解络分离和回收反应器通过两条管路相连；循环式反应器和解络分离和回收反应器分别与1个加药装置相连；解络分离和回收反应器与重金属收集装置相连。本发明将重金属污水与茶皂素反应，然后通过重金属捕捉剂N-915、NH3-N型重金属沉淀剂或碱来使得茶皂素与重金属解络分离，含有重金属的污水送至重金属收集器沉淀后收集。本发明的方法适合处理受重金属污染的地下水水质，处理后出水水质好，重金属去除率在96％以上，各主要污染指标均达到国家污水综合排放一级标准。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染环境修复技术领域，特别涉及一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理系统及方法。
背景技术
我国是水资源严重短缺的国家，然而由于污染严重，许多地区地下水水质严重恶化，已不能被工业和生活使用，这使我国水资源短缺的形势更加严峻，而其中一个重要的污染问题就是地下水中重金属污染。重金属是难以控制的污染物，其潜伏期长、危害呈慢性积累、不易被人们察觉、而且具有不可降解性,一旦进入地下水环境中将产生持久的、一系列的污染，不易被除去。因此，对受重金属污染的地下水环境修复变得越来越重要，其修复技术的研究已引起国内外学者的广泛关注。
用于地下水污染的修复技术有很多种类型，基本上分为两类：物理化学类型和生物学类型。前者一般够彻底清除地下水中的污染，但其缺点是严重影响地下水所处的生态环境，而且成本很高。比较来说，后者不会破坏生态环境，但是修复过程非常缓慢、效率低，不能满足快速修复的需要。近年来，已经出现利用表面活性剂去除、分离环境中重金属的技术。但是，传统的化学表面活性剂去除重金属不彻底，容易导致二次污染。相比之下，生物表面活性剂具有环境相容性好、化学结构多样、成本低廉且易于回收等优点。
和传统化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂具有以下优点：（1）较低的表面张力和界面张力；（2）耐温性，有些生物表面活性剂在90 ℃的高温下仍能保持其表面活性；（3）耐盐性，盐溶液中不易盐析；（4）可生物降解性，生物表面活性剂在水体和土壤中容易降解；（5）环境友好性，不对环境产生污染和破坏；（6）可原位合成，因而可以大大降低使用成本；（7）生产工艺简单，常温常压下即可发生反应；（8）生产原料来源广阔、价廉，可以利用工业废料和农副产品为原料，生产过程对环境不产生危害。生物表面活性剂环境相容性好，在修复重金属污染方面优势明显，是前景很好的重金属污染清洁剂。
近来已陆续出现了利用表面活性剂来修复重金属污染的相关研究。表面活性剂对重金属阳离子具有增溶作用和增流作用，而且表面活性剂的链越长，其效应越高。总体上，国内外对于地下水重金属污染的快速修复技术正处于探索阶段,在我国则刚刚起步，取得的研究成果也十分有限，急需符合我国实际情况的适用技术。
茶皂素，又名茶皂甙、皂角苷、皂甙，皂素中的一类，是从山茶科植物如茶、山茶、油茶中提出来的一种糖甙化合物，是一种纯天然非离子型表面活性剂，它的分子中有亲水性的糖体和疏水性的配基团。因此，具有乳化、分散、润湿、去污、发泡、稳泡等多种表面活性，尤其具有很强的发泡能力，且产生的泡沫稳定，不受水质硬度的影响。余年来，国内外学者对茶皂素的性质、用途、捉职工艺、精制、应用进行大量有益的工作。国内对茶皂素的研究起步较晚，在环保行业中的应用还处于起步阶段，近来已陆续出现了利用其修复环境中重金属污染的相关研究，如茶皂素对污灌土、金属冶炼厂周围土等单一土壤中重金属的修复，但利用其治理水中重金属污染物的研究尚不多见。因此，研究茶皂素对地下水中重金属污染修复的影响是非常有意义的。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理系统及方法。
一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理系统，其抽水井通过传输泵与循环式反应器相连，输水井与循环式反应器相连；循环式反应器与解络分离和回收反应器通过两条管路相连；循环式反应器和解络分离和回收反应器分别与1个加药装置相连；解络分离和回收反应器与重金属收集装置相连。
向循环式反应器内加入活性添加剂茶皂素以及所需其它辅助药剂，将地下水中被重金属污染的污水抽送至循环式反应器内与茶皂素反应，处理后的水输送回地下水的含水层中；
循环式反应器不间断的向解络分离和回收反应器输送含有重金属和茶皂素络合物的污水；
向解络分离和回收反应器内加入重金属捕捉剂N-915、NH3-N型重金属沉淀剂或碱来沉淀重金属使得茶皂素与重金属解络分离，再生的茶皂素送回至循环式反应器内；
含有重金属的污水送至重金属收集器沉淀后收集。
所述所需其它药剂为EDTA。
所述茶皂素为能与重金属元素进行络合反应。
所述茶皂素的质量分数为87.1 %，分子式为C57H90O26，相对分子量1222.54；通过UV2501紫外可见分光光度计中速扫描确定，该茶皂素溶液在192.00 nm处有最高吸收峰，同时在265.40 nm处也有一个吸收峰；选用表面张力法，用自动界面张力仪测定茶皂素的临界胶束浓度为540 mg·L-1，此时表面张力为42.6 mN·m-1；
所述重金属元素为Cu、Zn、Cd、Pb和Cr中的一种或多种。
所述碱为氢氧化钠和十二硫酸铝钾中的一种或多种。
本发明的有益效果为：
1. 循环式反应器与解络分离和回收反应器系统一体化，设备结构紧凑，操作简单，可靠性高。
2. 茶皂素活性添加剂适合去除地下水层中以各种形式存在的（自由相、固相、吸附相等）重金属。
3. 出水水质好，重金属去除率在96％以上，各主要污染指标均达到国家污水综合排放一级标准。Pump-and-treat抽提修复技术将地下水抽取提升至地上后进行处理，达标后进行回灌。这样一方面可以防止受污染的地下水向周围迁移，减少污染扩散；另一方面，抽取出来的地下水可以在地面得到合适的处理净化，然后再重新注入地下或者排放进入地表水体，从而减少了地下水和土壤的污染程度。
4. 茶皂素活性添加剂价格低廉，容易获得，性能稳定，便于保存。该回收再生利用系统使得重金属在水中不断被去除的同时茶皂素可循环使用，降低成本，纯天然生物活性添加剂不产生二次污染，与国内外同类处理技术相比，在达到相同治理效果的前提下，该技术节省投资约30％～50％，维护和管理成本达到同类技术的40％～75％，在相同的资源投入情况下，系统筛选最优运行方案，达到最优效果，节省运行费用达20％～35％。
附图说明
图1为本发明系统装置结构示意图；
图中标号：1-抽水井；2-传输泵；3-循环式反应器；4-输水井；5-解络分离和回收反应器；6-重金属收集装置；7-加药装置。
具体实施方式
本发明提供了一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理系统及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理系统，其特征在于：抽水井1通过传输泵2与循环式反应器3相连，输水井4与循环式反应器3相连；循环式反应器3与解络分离和回收反应器5通过两条管路相连；循环式反应器3和解络分离和回收反应器5分别与1个加药装置7相连；解络分离和回收反应器5与重金属收集装置6相连。
一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理方法，其具体方案如下：
向循环式反应器3内加入活性添加剂茶皂素以及所需其它药剂，将地下水中被重金属污染的污水抽送至循环式反应器3内与茶皂素反应，处理后的水输送回地下水的含水层中；
循环式反应器3不间断的向解络分离和回收反应器5输送含有重金属和茶皂素络合物的污水；
向解络分离和回收反应器5内加入重金属捕捉剂N-915、NH3-N型重金属沉淀剂或碱来使得茶皂素与重金属解络分离，再生的茶皂素送回至循环式反应器3内；
含有重金属的污水送至重金属收集器6沉淀后收集。
所述所需其它药剂为EDTA，EDTA 作为人工合成的有机螯合剂能在很宽的 pH 范围内与大部分重金属特别是过渡重金属形成稳定的复合物，不仅能解吸被吸附的金属，也能溶解不溶性的金属化合物。
所述茶皂素为能与重金属元素进行络合反应。
所述茶皂素的质量分数为87.1 %，分子式为C57H90O26，相对分子量1222.54；通过UV2501紫外可见分光光度计中速扫描确定，该茶皂素溶液在192.00 nm处有最高吸收峰，同时在265.40 nm处也有一个吸收峰；选用表面张力法，用自动界面张力仪测定茶皂素的临界胶束浓度为540 mg·L-1，此时表面张力为42.6 mN·m-1，如下表所示：
表1 茶皂素表面张力值测量
| 浓度（mol·L-1）×10-3 | 25 | 12.5 | 6.3 | 3.2 | 1.6 | 7.8 | 0.3 | 0.2 |
| 表面张力（mN·m-1） | 44.2 | 45.5 | 43.9 | 43.4 | 43.3 | 42.6 | 46.1 | 53.3 |
注：蒸馏水的表面张力 80.5 mN/m
所述重金属元素为Cu、Zn、Cd、Pb和Cr中的一种或多种。
该设备系统设计一体化，设备结构紧凑，操作简单，可靠性高。茶皂素生物表面活性剂适合去除地下水层中以各种形式存在的（自由相、固相、吸附相等）重金属。出水水质好，重金属去除率在96％以上，各主要污染指标均达到国家污水综合排放一级标准。抽提修复技术将地下水抽取提升至地上后进行处理, 达标后进行回灌。这样一方面可以防止受污染的地下水向周围迁移, 减少污染扩散; 另一方面, 抽取出来的地下水可以在地面得到合适的处理净化, 然后再重新注入地下或者排放进入地表水体, 从而减少了地下水和土壤的污染程度。茶皂素生物表面活性剂回收再生利用系统使得重金属在水中不断被去除的同时茶皂素可循环使用，降低成本，纯天然生物表面活性剂不产生二次污染，与国内外同类处理技术相比，在达到相同治理效果的前提下，该技术节省投资约50%~70%，维护和管理成本达到同类技术的50%~75%，在相同的资源投入情况下，系统筛选最优运行方案，达到最优效果，节省运行费用达25%~30%。
Claims (7)
1.一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理系统，其特征在于：抽水井（1）通过传输泵（2）与循环式反应器（3）相连，输水井（4）与循环式反应器（3）相连；循环式反应器（3）与解络分离和回收反应器（5）通过两条管路相连；循环式反应器（3）和解络分离和回收反应器（5）分别与1个加药装置（7）相连；解络分离和回收反应器（5）与重金属收集装置（6）相连。
2.一种茶皂素活性添加剂异位抽提循环处理方法，其特征在于，具体方案如下：
向循环式反应器内加入活性添加剂茶皂素以及所需其它辅助药剂，将地下水中被重金属污染的污水抽送至循环式反应器内与茶皂素反应，处理后的水输送回地下水的含水层中；
循环式反应器不间断的向解络分离和回收反应器输送含有重金属和茶皂素络合物的污水；
向解络分离和回收反应器内加入重金属捕捉剂N-915、NH3-N型重金属沉淀剂或碱来沉淀重金属使得茶皂素与重金属解络分离，再生的茶皂素送回至循环式反应器内；
含有重金属的污水送至重金属收集器沉淀后收集。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述所需其它药剂为EDTA。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述茶皂素为能与重金属元素进行络合反应。
5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于：所述茶皂素的质量分数为87.1 %，分子式为C57H90O26，相对分子量1222.54；通过UV2501紫外可见分光光度计中速扫描确定，该茶皂素溶液在192.00 nm处有最高吸收峰，同时在265.40 nm处也有一个吸收峰；选用表面张力法，用自动界面张力仪测定茶皂素的临界胶束浓度为540 mg·L-1，此时表面张力为42.6 mN·m-1；
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述重金属元素为Cu、Zn、Cd、Pb和Cr中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述碱为氢氧化钠和十二硫酸铝钾中的一种或多种。
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