CN107999531A - 一种有机污染场地土壤、地下水原位修复材料及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机污染场地土壤、地下水原位修复材料及其方法，其中修复材料包括铁粉、生物表面活性剂和活化剂：先将铁粉与活化剂混合活化，再将铁粉与活化剂的混合物加入到生物表面活性剂中搅拌，使铁粉呈悬浮状分散在生物表面活性剂中；修复方法包括两个步骤：先采取高压旋喷的办法，将生物表面活性剂喷施到污染土壤包气带污染区，使有机污染物转移到地下水中；再在污染区地下水层上游处修建注入井，将所述修复材料通过注入井灌入到地下水中。本发明提供了一种有机污染场地土壤和地下水联合的新型、高效、环境友好的原位修复技术。

Description

一种有机污染场地土壤、地下水原位修复材料及其方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及土壤及地下水修复技术领域，具体为一种有机污染场地土壤、地下水原位修复材料及其方法。
背景技术
随着中国城市化进程步伐的加快，大量工业企业搬出城镇中心，形成了大量的包括石油、化工、农药等工业遗留遗弃污染场地。有机污染场地占有相当大的比例。目前常用的有机污染治理有热脱附、气相抽提、化学氧化等修复技术。原位的热脱附和气相抽提，需要建设大量抽提井，污染物的去除也需要较长的时间。化学氧化技术的氧化剂向地下土壤的施加以及如何让氧化剂与污染土壤有效接触反应，一直是人们研究和攻克的难点。尤其是对于工业场地地下土壤和地下水中难挥发、难氧化有机污染物，例如饱和氯代烃、有机氯农药、多氯联苯等有机污染修复效果较低的问题，迫切需要更快速高效的土壤原位修复技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机污染场地土壤地下水原位修复环境友好的技术。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种有机污染场地土壤、地下水原位修复材料，包括铁粉、生物表面活性剂和活化剂；所述修复材料的制备方法为：先将铁粉与活化剂混合活化，再将铁粉与活化剂的混合物加入到生物表面活性剂中搅拌，使铁粉呈悬浮状分散在生物表面活性剂中；所述生物表面活性剂是以糖脂、糖苷、纤维素、植酸、植物油、皂素、糊精、淀粉、木质素中的任意一种或几种作为溶质与水混合构成，生物表面活性剂中溶质浓度为0.05g/L～2g/L；所述活化剂为过氧酸盐、双氧水、盐酸、草酸、乙醇、醋酸、柠檬酸、乳酸、硝酸的水溶液中的1种或2种；活化剂中溶质占所述修复材料总质量的0.01％～0.5％，铁粉与活化剂中溶质的物质的量之比为10:1～5，铁粉与活化剂的混合物与生物表面活性剂的体积比为1:1～3。
进一步的，植物油为豆油、花生油、菜籽油、蓖麻油、橄榄油中的1种。
一种有机污染场地土壤、地下水原位修复方法，包括以下两个步骤：
1)污染土壤中表面活性剂的施加：采取高压旋喷的办法，将生物表面活性剂喷施到污染土壤包气带污染区，使有机污染物转移到地下水中，包气带污染区按孔距1～5米间隔钻孔喷施生物表面活性剂，生物表面活性剂的喷施量与污染区土壤体积比为1-5：1；所述生物表面活性剂是以糖脂、糖苷、纤维素、植酸、植物油、皂素、糊精、淀粉、木质素中的任意一种或几种作为溶质与水混合构成，溶质浓度为0.05g/L～2g/L；
2)地下水修复：先在污染区地下水上游处修建注入井，井径8～30cm，再将权利要求1所述修复材料通过注入井灌入到地下水中，按修复材料中铁与污染物物质的量比为1～8:1灌注。
进一步的，所述铁粉为过200目筛后的铁粉。
进一步的，所述植物油为豆油、花生油、菜籽油、蓖麻油、橄榄油中的1种。
进一步的，所述生物表面活性剂为糖脂和糖苷与水混构成，糖脂与糖苷的质量比为2:3～2:5。
进一步的，所述生物表面活性剂为糖脂与糖苷中至少一种与纤维素、植酸、植物油、皂素、糊精、淀粉、木质素中至少一种与水混合构成。
进一步的，步骤1)中采用的钻机连接的螺旋钻头直径为5～15cm，钻杆为中空注液管，管径3～8cm，钻杆周围有高压喷液孔，孔径为1.0～6.0mm，钻杆连接有空压机和高压液泵，所述生物表面活性剂自高压液泵的进液端注入；钻机工作时，钻头到达包气带污染区底部，开始喷射生物表面活性剂，边喷射边旋转提出钻杆和钻头，使生物表面活性剂到污染区。
本发明的有益效果是：
本发明由修复材料和操作方法构成。修复材料由铁粉、活化剂、表面活性剂组成。操作方法包括建井和材料注入。通过向包气带污染区注入表面活性剂，萃取和淋洗土壤中有机污染物到地下水中，再将修复材料注入地下水修复，实现土壤和地下水原位联合修复。该体系(1)解决了用SVE/AS技术对难挥发有机污染物难以抽提或曝气吹脱的问题；(2)解决了修复材料与地下土壤原位搅拌难、与污染物反应不够充分的问题；(3)可修复难氧化的污染物；(4)残留在土壤中的修复材料可持续促进土著微生物生长和活性，继续降解土壤中有机污染物，且表面活性剂和铁粉均为环境友好型材料，不造成二次污染；(5)不用建抽提井，降低了成本和工期。该修复体系实现了原位地下土壤/地下水中难挥发难氧化的有机污染物联合治理。
下面结合附图及具体实施方式对发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为高压旋喷设备结构示意图；
图2为高压旋喷操作流程示意图；
附图标记：(a)钻机就位钻孔；(b)钻孔至设计污染区底部；(c)旋喷开始；(d)边旋喷边提升；(e)喷施结束。
具体实施方式
实施例1
一种有机污染场地土壤、地下水原位修复材料，包括铁粉、生物表面活性剂和活化剂；所述修复材料的制备方法为：先将铁粉通过与活化剂混合活化，再将铁粉与活化剂的混合物加入到生物表面活性剂中搅拌，使铁粉呈悬浮状分散在生物表面活性剂中；所述生物表面活性剂是以糖脂、糖苷、纤维素、植酸、植物油、皂素、糊精、淀粉、木质素中的任意一种或几种作为溶质与水混合构成，生物表面活性剂中溶质浓度为0.05g/L～2g/L；所述植物油为豆油、花生油、菜籽油、蓖麻油、橄榄油中的1种；所述活化剂为过氧酸盐、双氧水、盐酸、草酸、乙醇、醋酸、柠檬酸、乳酸、硝酸的水溶液中的1种或2种；活化剂中溶质占所述修复材料总质量的0.01％～0.5％，铁粉与活化剂中溶质的物质的量之比为10：1-5，铁粉与活化剂的混合物与生物表面活性剂的体积比为1:1～3。
铁粉优选为过200目筛后的铁粉。生物表面活性剂优选为糖脂和糖苷与水混构成，糖脂与糖苷的质量比为2:3～2:5；或者生物表面活性剂优选为糖脂与糖苷中至少一种与纤维素、植酸、豆油、皂素、糊精、淀粉、木质素中至少一种与水混合构成。
实施例2
一种有机污染场地土壤、地下水原位修复方法，包括以下两个步骤：
1)污染土壤中表面活性剂的施加：采取高压旋喷的办法，将生物表面活性剂喷施到污染土壤包气带(即地面以下潜水面以上的地带)污染区底部，使有机污染物转移到地下水中，包气带污染区按孔距1～5米间隔钻孔喷施生物表面活性剂，生物表面活性剂的喷施量与污染区土壤体积比为1-5：1；采用的钻机连接的螺旋钻头直径为5～15cm，钻杆为中空注液管，管径3～8cm，钻杆周围有高压喷液孔，孔径为1.0～6.0mm，钻杆连接有空压机和高压液泵，所述生物表面活性剂自高压液泵的进液端注入；钻机工作时，钻头到达包气带污染区底部，开始喷射生物表面活性剂，边喷射边旋转提出钻杆和钻头，使生物表面活性剂到污染区；
2)地下水修复：先在污染区地下水层上游处修建注入井，井径8～30cm，再将实施例1中的修复材料通过注入井灌入到地下水中；按修复材料中铁与污染物物质的量比为1～8:1灌注。
所述铁粉为过200目筛后的铁粉。
生物表面活性剂的优选方案一为糖脂和糖苷与水混构成，糖脂与糖苷的质量比为2:3～2:5。
生物表面活性剂的优选方案二为糖脂与糖苷中至少一种与纤维素、植酸、植物油、皂素、糊精、淀粉、木质素中至少一种与水混合构成。
实施例3
本实施例是在实施例2的基础上进行的改进，本实施例中与实施例1相同的部分，请参照实施例1中公开的内容进行理解，实施例1公开的内容也应当作为本实施例的内容，此处不作重复描述。
某场地土壤/地下水有DDTs污染，土壤污染区域15平方米，椭圆形，污染深度2.5～4.8米，地下水埋深3.5米。污染区域土壤中DDTs浓度为15.85～35.8mg/kg，地下水中DDT浓度为44.8μg/L，土质以粉质粘土为主，土壤渗透系数5×10-4。
配制0.25g/L生物表面活性剂溶液，其中糖脂与糖苷浓度比例为2：3；采取高压旋喷的办法，旋喷井5个，井距1.5米，钻探到4.8米，开始边旋转提出钻杆和钻头边喷射生物表面活性剂，将复合生物表面活性剂喷施到受污染区域土壤中；在污染区内地下水上游处建设注入井，深度5米，井口径12cm；称取850gFe粉，用0.1mol·L-1的草酸溶液20L活化，并分散到30L生物表面活性剂中；通过注入井将添加了铁粉和活化剂的生物表面活性剂灌注到地下水中。
一周后污染区土壤中DDTs的浓度平均降低了91％，地下水中DDTs的浓度低于0.01μg/L。
对比例1
250kg现场污染土样，含氯苯385.5mg/kg，试验设计如下表：
1)0.03g铁粉加入250g污染土壤，搅拌混合，与土壤污染物充分接触反应。16h后分3次加入Na2S2O8共1.8g。
2)取0.03g铁粉溶于250ml生物表面活性剂Sole溶液(表面活性剂浓度为0.3g/L，其中糖脂与糖苷质量比为1：2)，加入250g土壤，搅拌混合，16h后分3次加入Na2S2O8共1.8g。
3)取0.03g铁粉溶于250ml生物表面活性剂O溶液(表面活性剂浓度为0.25g/L，其中糖脂与豆油质量比为3：2)，加入250g土壤，搅拌混合，16h后分3次加入Na2S2O8共1.8g。
4)铁粉<200目，在投加前将一定量铁粉(0.03g)于250ml浓度为0.28g/L柠檬酸(CA)溶液中，立即加入250g污染土。避免提前配置并长时间存放Fe-CA液。铁粉：CA：土＝0.03：0.07：250。搅拌混合，与土壤污染物充分接触反应。16h后分3次加入Na2S2O8共1.8g。
各设计氯苯去除率为98.7％-99.5％。土壤团粒分散能力2)设计的Sole溶液最好，3)设计的O液次之。O液加入土壤时有少许液泡产生，Sole液产生液泡比O液晚，在加入氧化剂后才产生，但是液泡量比O液多。

Claims (8)

1.一种有机污染场地土壤、地下水原位修复材料，其特征在于：包括铁粉、生物表面活性剂和活化剂；所述修复材料的制备方法为：先将铁粉与活化剂混合活化，再将铁粉与活化剂的混合物加入到生物表面活性剂中搅拌，使铁粉呈悬浮状分散在生物表面活性剂中；所述生物表面活性剂是以糖脂、糖苷、纤维素、植酸、植物油、皂素、糊精、淀粉、木质素中的任意一种或几种作为溶质与水混合构成，生物表面活性剂中溶质浓度为0.05g/L~2g/L；所述活化剂为过氧酸盐、双氧水、盐酸、草酸、乙醇、醋酸、柠檬酸、乳酸、硝酸的水溶液中的1种或2种；活化剂中溶质占所述修复材料总质量的0.01%~0.5%，铁粉与活化剂中溶质的物质的量之比为10:1~5，铁粉与活化剂的混合物与生物表面活性剂的体积比为1:1~3。
2.根据权利要求1所述的有机污染场地土壤、地下水原位修复材料，其特征在于：所述植物油为豆油、花生油、菜籽油、蓖麻油、橄榄油中的1种。
3.一种有机污染场地土壤、地下水原位修复方法，其特征在于：包括以下两个步骤：
1）污染土壤中表面活性剂的施加：采取高压旋喷的办法，将生物表面活性剂喷施到污染土壤包气带污染区，使有机污染物转移到地下水中，包气带污染区按孔距1~5米间隔钻孔喷施生物表面活性剂，生物表面活性剂的喷施量与污染区土壤体积比为1-5：1；所述生物表面活性剂是以糖脂、糖苷、纤维素、植酸、植物油、皂素、糊精、淀粉、木质素中的任意一种或几种作为溶质与水混合构成，溶质浓度为0.05g/L~2g/L；
2）地下水修复：先在污染区地下水上游处修建注入井，井径8~30cm，再将权利要求1所述修复材料通过注入井灌入到地下水中，按修复材料中铁与污染物物质的量比为1~8:1灌注。
4.根据权利要求3所述的有机污染场地土壤、地下水原位修复方法，其特征在于：所述铁粉为过200目筛后的铁粉。
5.根据权利要求3所述的有机污染场地土壤、地下水原位修复方法，其特征在于：所述植物油为豆油、花生油、菜籽油、蓖麻油、橄榄油中的1种。
6.根据权利要求3所述的有机污染场地土壤、地下水原位修复方法，其特征在于：所述生物表面活性剂为糖脂和糖苷与水混构成，糖脂与糖苷的质量比为2:3~2:5。
7.根据权利要求3所述的有机污染场地土壤、地下水原位修复方法，其特征在于：所述生物表面活性剂为糖脂与糖苷中至少一种与纤维素、植酸、植物油、皂素、糊精、淀粉、木质素中至少一种与水混合构成。
8.根据权利要求3所述的有机污染场地土壤、地下水原位修复方法，其特征在于：步骤1）中采用的钻机连接的螺旋钻头直径为5~15cm，钻杆为中空注液管，管径3~8cm，钻杆周围有高压喷液孔，孔径为1.0~6.0mm，钻杆连接有空压机和高压液泵，所述生物表面活性剂自高压液泵的进液端注入；钻机工作时，钻头到达包气带污染区底部，开始喷射生物表面活性剂，边喷射边旋转提出钻杆和钻头，使生物表面活性剂到污染区。
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