CN104353660A - 一种脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术，属于环境污染治理领域的土壤修复技术领域。本发明主要解决现有的土壤修复技术存在成本高、效率低、药剂投加量大、流动性差、受溶液酸碱性影响大的问题。本发明脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术包括以下步骤：(1)在待修复的黄土区域的两侧各挖一个沟槽；(2)在一侧沟槽内安装提水管和提水支管；(3)在另一侧沟槽内安装注水管和注水支管；(4)向待修复的黄土区域内注水和抽水；(5)向待修复的黄土区域内注入稀酸液和抽稀酸液；(6)向待修复的黄土区域内注入超细炭粉稳定浆液。本发明具有有效率高、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术，属于环境污染治理领域的土壤修复技术领域。
背景技术
土壤中的重金属污染近年来日益受到重视，是环境保护领域的重要问题之一。中国北方内陆省份黄土高原地区，存在着大量的重金属污染黄土隐患。通过对内陆黄土地区重金属污染普查发现，其主要的超标重金属元素有：镉、砷、钒、锰、镍、铜、硒、铅等。内陆省份的农村黄土污染中，主要的重金属污染元素是：镉、砷、铜。上述重金属污染具有隐蔽性、滞后性，治理难度大。土壤污染及其修复技术的研究具有很强的现实意义和远期价值。
虽然近年来已有很多的土壤修复技术，包括：物理分离法、客土或深翻法、固化法以及固化填埋法、蒸汽浸提法、热解吸法、化学改良法、氧化法、还原法、化学淋洗法、溶剂浸提法、电动修复法、植物、动物、微生物修复技术等，但能够低成本、高效率应用的技术并不多。很多已有技术均存在药剂投加量大、流动性差、受溶液酸碱性影响大等缺点，难以适应黄土污染。
发明内容
本发明主要针对现有的土壤修复技术存在成本高、效率低、药剂投加量大、流动性差、受溶液酸碱性影响大的问题，提供一种脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术，能够高效地对黄土中的重金属离子实施吸附治理，消除重金属离子的毒性。
本发明技术方案是采用超细炭粉为主要媒介，借助载体液制成超细炭粉稳定浆液，通过三阶段注入法，利用水力驱动，形成脉冲流态，对黄土中的重金属离子实施吸附。
本发明的技术方案为：
本发明脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术包括以下步骤：
(1)在待修复的黄土区域宽度方向的两侧各挖一个沟槽，沟槽的宽为2.0～3.0m，长为4.0～5.0m，深为2.0～3.5m；
(2)在待修复的黄土区域的一侧沟槽内竖向安装提水管，提水管的上端通过提水泵与废液罐相通，提水管的下端横向安装n个提水支管，相邻两个提水支管之间的垂直间距为1.2～1.5m，n≥2，在提水支管开设若干孔；
(3)在待修复的黄土区域的另一侧沟槽内竖向安装注水管，注水管的上端通过注水泵与储液箱相通，注水管的下端横向安装n个注水支管，相邻两个注水支管之间的垂直间距为1.2～1.5m，n≥2，在注水支管也开设若干孔，且第一个注水支管在第一个提水支管的垂直下方0.6～0.75m处；
(4)在储液箱内注入纯净水，通过注水泵、注水管和n个注水支管向待修复的黄土区域内注水，注水的流速为0.4～1.0mL/min，注水的时间为0.5～1.0h，其中在注水20～30min后同时开启提水泵进行抽水，抽水流速0.2～0.5mL/min，抽水时间为0.5～0.7h，抽出的水排入废液罐内；
(5)在储液箱内注入稀酸液，通过注水泵、注水管和n个注水支管向待修复的黄土区域内注入稀酸液，注稀酸液的注入流速为0.4～1.0mL/min，注稀酸液的注入时间为0.5～1.0h，在注入稀酸液20～25min后同时开启提水泵抽稀酸液，抽稀酸液的流速为0.2～0.5mL/min，抽稀酸液的时间为1.0～1.5h，抽出的稀酸液排入废液罐内，其中所述稀酸液由盐酸与碳酸氢钠溶液按照体积比为1.5～1.2：0.5～0.8的比例混合制成，盐酸浓度为0.7～1.0mol/L，碳酸氢钠溶液浓度为0.1～0.3mol/L；
(6)在储液箱内注入超细炭粉稳定浆液，通过注水泵、注水管和n个注水支管向待修复的黄土区域内第一次注入超细炭粉稳定浆液，第一次注入超细炭粉稳定浆液的流速为3.0～5.0mL/min，第一次注入超细炭粉稳定浆液15～20min后第一次暂停30～40min，在第一次暂停15～20min后同时开动提水泵进行第一次抽提，第一次抽提流速为0.2～0.5mL/min，第一次抽提时间为15～20min；在第一次暂停30～40min后第二次注入超细炭粉稳定浆液，第二次注入超细炭粉稳定浆液的流速为3.0～5.0mL/min，第二次注入超细炭粉稳定浆液15～20min后第二次暂停30～40min，在第二次暂停15～20min后同时开动提水泵进行第二次抽提，第二次抽提流速为0.2～0.5mL/min，第二次抽提时间为15～20min；在第二次暂停15～20min后同时开动提水泵进行第二次抽提，第二次抽提流速为0.2～0.5mL/min，第二次抽提时间为15～20min,依次重复注入、暂停、抽提直到第一次注入超细炭粉稳定浆液算起30～36h时停止注入，抽出的废液排入废液罐内；
其中所述超细炭粉稳定浆液通过下述方法制得：首先按照盐酸：碳酸氢钠溶液：糊精：纯净水的体积比为2.5～3.0：2.5～3.0：3.0～5.0：92.0～89.0的比例取盐酸、碳酸氢钠溶液、糊精和纯净水于55～65℃温度下搅拌均匀制成载体液，再按照超细炭粉：载体液的体积比为8.0～15.0：92.0～85.0的比例取超细炭粉加入载体液中混合均匀制成超细炭粉稳定浆液，盐酸的浓度为0.5～1.0mol/L，碳酸氢钠溶液浓度为0.3～0.5mol/L，糊精溶液质量百分数为1.0～1.4％。
本发明所述的提水支管和注水支管的长都是为1.5～1.8m，直径为55～80mm，孔的直径为10～15mm，孔间距为70～100mm。
所述的储液箱内部分为三层，分别用于装纯净水、稀酸液和超细炭粉稳定浆液。
所述的超细炭粉粒径为0.5～1.5μm，比表面积为1500～2000m2/g，孔容为1.0～1.4(cm3/g)；孔径为2.0～10.0nm；炭含量＞97％。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)采用超细炭粉为主要媒介，借助载体液制成超细炭粉稳定浆液，这是超细炭粉在土壤重金属污染治理领域的新型应用方法。所采用的的超细炭粉粒径小、比表面积大、孔容大、孔径为纳米级，具备强大的吸附能力，能够有效去除黄土中的重金属离子污染物。
(2)本技术采用的载体液，能够有效促进超细炭粉在土壤中的顺利流动，避免炭粉颗粒发生团聚效应，避免其失去反应效能。
(3)通过横向埋入地下的第一提水支管、第二提水支管、第一注水支管和第二注水支管，在土壤颗粒结构中构成了横向的交错型输液管道网络，利于超细炭粉稳定浆液直达地下土层中。在本技术的水力推动系统所提供的脉冲水流推力作用下，可以形成交错穿插的炭粉流动反应体系，脉冲流态可以最大限度地发挥水流对炭粉颗粒的推动效果，并促进其对土壤中重金属离子的剥离与吸附。
(4)液体的输入采用“三阶段注入法”。纯净水的先期注入可使土壤达到水分饱和以及稳定的流态，避免黄土出现湿陷性等不均匀沉降问题，继而以稀酸液实施注入，可清除土壤中的化学干扰杂质，最终以脉冲流态注入的超细炭粉稳定浆液，可对土壤中的重金属离子实施较彻底的清除。
(5)所采用的技术方法简便，设备简单，利于现场施工，适用于重金属污染的黄土以及类似的土壤或工业污染场地。
附图说明
图1是本发明的装置安装示意图。
具体实施方式
实施例1
一种脉冲炭液修复黄土中重金属污染技术，其工艺装置见图1，对于含镉浓度为0.2～0.4g/kg的黄土场地，场地污染宽度5.6m，污染深度2.2m，长度30.0m。
(1)在待修复的黄土区域1宽度方向的两侧各挖一个沟槽2，沟槽的宽为2.0m，长为5.0m，深为2.5m；
(2)在待修复的黄土区域1的一侧沟槽2内竖向安装提水管3，提水管3的上端通过提水泵4与废液罐5相通，提水管3的下端横向安装9组共18个提水支管6，相邻两个提水支管6之间的垂直间距为1.5m，在提水支管6开设若干孔7，每个提水支管6的长都是1.5～1.8m，直径为55～80mm，孔8的直径为10～15mm，孔间距为70～100mm；
(3)在待修复的黄土区域1的另一侧沟槽2内竖向安装注水管8，注水管8的上端通过注水泵9与储液箱10相通，注水管8的下端横向安装9组共18个注水支管11，相邻两个注水支管11之间的垂直间距为1.5m，在注水支管11也开设若干孔7，且第一个注水支管11在第一个提水支管6的垂直下方0.75m处，每个注水支管11的长都是1.5～1.8m，直径为55～80mm，孔8的直径为10～15mm，孔间距为70～100mm；
(4)在储液箱10内注入纯净水，通过注水泵9、注水管8和18个注水支管11向待修复的黄土区域1内注水，注水的流速为0.6mL/min，注水的时间为0.5h，其中在注水30min后同时开启提水泵4进行抽水，抽水流速0.5mL/min，抽水时间为0.5h，抽出的水排入废液罐5内；
(5)在储液箱10内注入稀酸液，通过注水泵9、注水管)和18个注水支管11向待修复的黄土区域1内注入稀酸液，注稀酸液的注入流速为0.5mL/min，注稀酸液的注入时间为0.5h，在注入稀酸液20min后同时开启提水泵4抽稀酸液，抽稀酸液的流速为0.5mL/min，抽稀酸液的时间为1.0h，抽出的稀酸液排入废液罐5内，其中所述稀酸液由盐酸与碳酸氢钠溶液按照体积比为1.5：0.5的比例混合制成，盐酸浓度为0.7mol/L，碳酸氢钠溶液浓度为0.1mol/L；
(6)在储液箱10内注入超细炭粉稳定浆液，通过注水泵9、注水管8和18个注水支管11向待修复的黄土区域1内第一次注入超细炭粉稳定浆液，第一次注入超细炭粉稳定浆液的流速为3.0mL/min，第一次注入超细炭粉稳定浆液20min后第一次暂停40min，在第一次暂停20min后同时开动提水泵4进行第一次抽提，第一次抽提流速为0.5mL/min，第一次抽提时间为20min；在第一次暂停40min后第二次注入超细炭粉稳定浆液，第二次注入超细炭粉稳定浆液的流速为3.0mL/min，第二次注入超细炭粉稳定浆液20min后第二次暂停40min，在第二次暂停20min后同时开动提水泵4进行第二次抽提，第二次抽提流速为0.5mL/min，第二次抽提时间为20min；在第二次暂停20min后同时开动提水泵4进行第二次抽提，第二次抽提流速为0.5mL/min，第二次抽提时间为20min,依次重复注入、暂停、抽提直到第一次注入超细炭粉稳定浆液算起36h时停止注入，抽出的废液排入废液罐5内；
其中所述超细炭粉稳定浆液通过下述方法制得：首先按照盐酸：碳酸氢钠溶液：玉米糊精(CAS号为9004-53-9)：纯净水的体积比为2.5：2.5：3.0：92.0的比例取盐酸、碳酸氢钠溶液、玉米糊精和纯净水于65℃温度下搅拌均匀制成载体液，再按照超细炭粉：载体液的体积比为10：90的比例取超细炭粉加入载体液中混合均匀制成超细炭粉稳定浆液，盐酸的浓度为0.5mol/L，碳酸氢钠溶液浓度为0.4mol/L，玉米糊精溶液质量百分数为1.0％。
所述的储液箱10内部分为三层，分别用于装纯净水、稀酸液和超细炭粉稳定浆液。
所述的超细炭粉粒径为0.5～1.5μm，比表面积为1500～2000m2/g，孔容为1.0～1.4(cm3/g)；孔径为2.0～10.0nm；炭含量＞97％。
将经过本实施例技术处理之后的黄土，静置5d后，对深度1.5m处黄土的镉含量进行检测，结果表明该地点的黄土中镉的去除效率为97.1％。
Claims (4)
1.一种脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术，其特征是包括以下步骤：
(1)在待修复的黄土区域(1)宽度方向的两侧各挖一个沟槽(2)，沟槽的宽为2.0～3.0m，长为4.0～5.0m，深为2.0～3.5m；
(2)在待修复的黄土区域(1)的一侧沟槽(2)内竖向安装提水管(3)，提水管(3)的上端通过提水泵(4)与废液罐(5)相通，提水管(3)的下端横向安装n个提水支管(6)，相邻两个提水支管(6)之间的垂直间距为1.2～1.5m，n≥2，在提水支管(6)开设若干孔(7)；
(3)在待修复的黄土区域(1)的另一侧沟槽(2)内竖向安装注水管(8)，注水管(8)的上端通过注水泵(9)与储液箱(10)相通，注水管(8)的下端横向安装n个注水支管(11)，相邻两个注水支管(11)之间的垂直间距为1.2～1.5m，n≥2，在注水支管(11)也开设若干孔(7)，且第一个注水支管(11)在第一个提水支管(6)的垂直下方0.6～0.75m处；
(4)在储液箱(10)内注入纯净水，通过注水泵(9)、注水管(8)和n个注水支管(11)向待修复的黄土区域(1)内注水，注水的流速为0.4～1.0mL/min，注水的时间为0.5～1.0h，其中在注水20～30min后同时开启提水泵(4)进行抽水，抽水流速0.2～0.5mL/min，抽水时间为0.5～0.7h，抽出的水排入废液罐(5)内；
(5)在储液箱(10)内注入稀酸液，通过注水泵(9)、注水管(8)和n个注水支管(11)向待修复的黄土区域(1)内注入稀酸液，注稀酸液的注入流速为0.4～1.0mL/min，注稀酸液的注入时间为0.5～1.0h，在注入稀酸液20～25min后同时开启提水泵(4)抽稀酸液，抽稀酸液的流速为0.2～0.5mL/min，抽稀酸液的时间为1.0～1.5h，抽出的稀酸液排入废液罐(5)内，其中所述稀酸液由盐酸与碳酸氢钠溶液按照体积比为1.5～1.2：0.5～0.8的比例混合制成，盐酸浓度为0.7～1.0mol/L，碳酸氢钠溶液浓度为0.1～0.3mol/L；
(6)在储液箱(10)内注入超细炭粉稳定浆液，通过注水泵(9)、注水管(8)和n个注水支管(11)向待修复的黄土区域(1)内第一次注入超细炭粉稳定浆液，第一次注入超细炭粉稳定浆液的流速为3.0～5.0mL/min，第一次注入超细炭粉稳定浆液15～20min后第一次暂停30～40min，在第一次暂停15～20min后同时开动提水泵(4)进行第一次抽提，第一次抽提流速为0.2～0.5mL/min，第一次抽提时间为15～20min；在第一次暂停30～40min后第二次注入超细炭粉稳定浆液，第二次注入超细炭粉稳定浆液的流速为3.0～5.0mL/min，第二次注入超细炭粉稳定浆液15～20min后第二次暂停30～40min，在第二次暂停15～20min后同时开动提水泵(4)进行第二次抽提，第二次抽提流速为0.2～0.5mL/min，第二次抽提时间为15～20min；在第二次暂停15～20min后同时开动提水泵(4)进行第二次抽提，第二次抽提流速为0.2～0.5mL/min，第二次抽提时间为15～20min,依次重复注入、暂停、抽提直到第一次注入超细炭粉稳定浆液算起30～36h时停止注入，抽出的废液排入废液罐(5)内；
其中所述超细炭粉稳定浆液通过下述方法制得：首先按照盐酸：碳酸氢钠溶液：糊精：纯净水的体积比为2.5～3.0：2.5～3.0：3.0～5.0：92.0～89.0的比例取盐酸、碳酸氢钠溶液、糊精和纯净水于55～65℃温度下搅拌均匀制成载体液，再按照超细炭粉：载体液的体积比为8.0～15.0：92.0～85.0的比例取超细炭粉加入载体液中混合均匀制成超细炭粉稳定浆液，盐酸的浓度为0.5～1.0mol/L，碳酸氢钠溶液浓度为0.3～0.5mol/L，糊精溶液质量百分数为1.0～1.4％。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术，其特征是所述的提水支管(6)和注水支管(11)的长都是为1.5～1.8m，直径为55～80mm，孔(8)的直径为10～15mm，孔间距为70～100mm。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术，其特征是所述的储液箱(10)内部分为三层，分别用于装纯净水、稀酸液和超细炭粉稳定浆液。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲炭液修复黄土中重金属污染的技术，其特征是所述的超细炭粉粒径为0.5～1.5μm，比表面积为1500～2000m2/g，孔容为1.0～1.4(cm3/g)；孔径为2.0～10.0nm；炭含量＞97％。
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