CN108607879A - 一种表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统及方法 - Google Patents

一种表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统及方法，该系统由药剂处理系统、泡沫发生系统、反应系统和回收处理系统组成，药剂处理系统包括药剂混合发生罐、氧化剂药罐、活化剂药罐和表面活性剂药罐；泡沫发生系统包括氮气瓶、泡沫发生器和压力泵组成；反应系统包括置于污染土壤中的泡沫注入井和泡沫抽出井，泡沫注入井连接压力泵；回收处理系统包括负压泵、泡沫混合物回收罐、分离设备、表面活性剂回收罐，负压泵的输入端与泡沫抽出井相接。本发明将药剂混合物经过泡沫发生系统产生气泡，加压输送到反应系统与土壤中污染物反应，达到降解有机污染土壤的目的。本发明能高效、深度降解有机污染物、快速修复有机污染土壤。

Description

一种表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的 系统及方法
技术领域
本发明属于一种有机污染土壤修复技术领域，具体涉及一种表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统及方法。
背景技术
随着中国城市化的快速发展，大量石油和化工企业已经从城区搬迁转移，形成了大量工业遗留遗弃污染场地。这些污染场地常含有农药、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)等有机污染物，严重威胁着周围居民的身体健康、环境状况以及土地的再利用，迫切需要采取快速高效的措施加以治理。由于大部分有机污染物具有很强的亲油亲脂性，一旦污染土壤将很难对污染介质进行修复。
表面活性剂是一类集亲水基和憎水基于一体，可显著降低溶剂(一般为水)的表面张力或液/液界面张力并具有一定结构、亲水亲油双重特性和特殊吸附性能的物质。表面活性剂由于能降低界面张力和增溶两个特性广泛应用于土壤有机污染洗脱修复中，然而该技术易产生孔道效应，即淋洗液优先沿渗透性好的土壤孔道流动，受土壤低渗透性影响大，易产生固定通道流，导致对污染区域覆盖有效，修复效果不理想。
为了解决表面活性剂淋洗技术存在的弊端，研究者提出将表面活性剂制成泡沫，以泡沫形式的表面活性剂气液混合体系取代常规淋洗液，降低淋洗液的流动速度同时提高整体的波及效率，达到高效快速修复污染土壤的目的。
过硫酸盐活化技术是一类新型的化学氧化技术，在热或碱性条件下过硫酸钠可活化分解为硫酸根自由基·SO4 -，·SO4 -中有一个孤对电子，其氧化还原电位E0＝+2.6V，远高于S2O8 2-(E0＝+2.01V)，接近于羟基自由基(E0＝+2.8V)，具有较高的氧化能力。氧化钙作为一种廉价的常见氧化物，遇水产生碱性条件并产生大量的热，为过硫酸钠提供活化条件，活化的硫酸根自由基与游离出的羟基自由基可以快速降解有机污染物，将其矿化为CO2和无机酸。
但目前尚未见有利用过硫酸盐、表面活性剂以及氧化钙混合配制成泡沫进行修改土壤的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统及方法，使其在控制成本的前提下能够高效、深度降解有机污染物、快速修复有机污染土壤。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统，由依次相接的药剂处理系统、泡沫发生系统、反应系统和回收处理系统组成，所述药剂处理系统包括药剂混合发生罐、氧化剂药罐、活化剂药罐和表面活性剂药罐，氧化剂药罐、活化剂药罐、表面活性剂药罐均与药剂混合发生罐相接；所述泡沫发生系统由依次相接的氮气瓶、泡沫发生器和压力泵组成，泡沫发生器的进料口与药剂混合发生罐的输出端相接；所述反应系统包括置于污染土壤中的泡沫注入井和泡沫抽出井，泡沫注入井连接压力泵的输出端；所述回收处理系统包括依次相接的负压泵、泡沫混合物回收罐、分离设备、表面活性剂回收罐，负压泵的输入端与泡沫抽出井相接，表面活性剂回收罐的输出端与药剂混合发生罐的输入端相接。
所述药剂混合发生罐内设有搅拌装置，使药剂充分混合。
所述泡沫注入井和泡沫抽出井均设有孔洞，方便泡沫在土壤中进出。
本发明表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的方法，包括如下操作步骤：
(1)配制混合药剂：将表面活性剂溶液、氧化剂和活化剂于30～65℃下搅拌混匀，得混合药剂；其中氧化剂的添加量为污染土壤质量的2.5％～6.5％，氧化剂与活化剂的质量配比为1～5:1，每1kg污染土壤配用3～5L的表面活性剂溶液；
(2)对药剂进行泡沫处理：将步骤(1)的混合药剂通过泡沫发生系统产生泡沫；
(3)对污染土壤进行反应处理：将步骤(2)的泡沫加压输送到污染土壤中，达到降解有机污染土壤的目的；
(4)对泡沫进行回收处理：将步骤(3)处理后的泡沫混合物通过回收处理系统回收再利用。
在步骤(1)中，所述表面活性剂溶液采用十二烷基二苯醚二磺酸钠、十二烷基硫酸钠、曲拉通X-100、土温-80、鼠李糖脂中的一种或两种以上混合加水配制成浓度为5～11g/L的溶液。
在步骤(1)中，所述氧化剂为过硫酸盐，所述活化剂为氧化钙。
所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸氢钾、过硫酸氢钠、过硫酸氢铵中的一种或几种的组合。
步骤(1)所述搅拌温度优选为40～60℃。
步骤(2)中，产生的泡沫粒径为8～2500μm，加压输送采用的压力为9.8×10-4～9.8×10-2MPa。
本发明采用表面活性剂的泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤，相对传统单一氧化修复污染土壤的方法，具有表面活性剂泡沫和过硫酸盐氧化的优点，表面活性剂的泡沫可增加有机物的溶解度，泡沫负载活化的过硫酸盐可对吸附于土壤颗粒上的有机物降解有效，二者联合能够高效、深度降解有机物，并且溶解和氧化同时进行，减少操作步骤，降低成本，缩短修复工期。因此，本发明修复技术具有广阔的应用前景。
本发明的有益效果主要体现如下：
(1)本发明对污染土壤有机污染物降解效率高，利用表面活性剂的泡沫能在非均匀介质(土壤)中传输，增加有机污染物特别是疏水性有机污染物的溶解性，扩张污染物和修复药剂的接触面，进一步提高有机污染的降解效率。
(2)本发明处理后的泡沫可被收集，经处理，表面活性剂可以进行二次利用，节约成本。
(3)本发明方法的操作步骤简单，有机物的增溶和降解可同时进行，缩短修复工期。
附图说明
图1是表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤系统的结构示意图。
图中：1-氮气瓶；2-电动调节阀；3-泡沫发生器；4-压力泵；5-氧化剂药罐；6-活性剂药罐；7-表面活性剂药罐；8-药剂混合发生罐；9-表面活性剂回收罐；10-分离设备；11-泡沫混合物回收罐；12-负压泵；13-泡沫注入井；14-泡沫抽出井。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。此外，附图均采用非常简化的形式且使用非精确的比率，仅用以方便、清晰的辅助说明本发明实施例的目的。
本发明修复有机物污染土壤的方法可用于原位或异位修复污染土壤。根据本发明的方法，首先把表面活性剂、过硫酸盐和氧化钙充分混合，通过泡沫发生器起泡，把泡沫通入土壤中，活化的过硫酸盐负载在泡沫中，能够高效、深度降解有机污染物。
如图1所示，本发明表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤系统由依次相接的药剂处理系统、泡沫发生系统、反应系统和回收处理系统组成。
所述药剂处理系统包括药剂混合发生罐8、氧化剂药罐5、活化剂药罐6和表面活性剂药罐7，氧化剂药罐5、活化剂药罐6、表面活性剂药罐7均与药剂混合发生罐8相接，药剂混合发生罐8内设有搅拌装置，使药剂充分混合。
所述泡沫发生系统由依次相接的氮气瓶1、泡沫发生器3和压力泵4组成，泡沫发生器3的进料口与药剂混合发生罐8的输出端相接。
所述反应系统包括置于污染土壤中的泡沫注入井13和泡沫抽出井14，泡沫注入井13连接压力泵4的输出端。
所述回收处理系统包括依次相接的负压泵12、泡沫混合物回收罐11、分离设备10、表面活性剂回收罐9，负压泵12的输入端与泡沫抽出井14相接，表面活性剂回收罐9的输出端与药剂混合发生罐8的输入端相接。
所述泡沫注入井13和泡沫抽出井14均设有孔洞，方便泡沫在土壤中进出。
所述氮气瓶1与泡沫发生器3的连接管路上、药剂混合发生罐8的输出管路和输入管路上、回收处理系统的连接管路上均安装有电动调节阀2。
本发明表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的方法，包括如下操作步骤：
(1)配制混合药剂：将表面活性剂溶液、氧化剂和活化剂于30～65℃下搅拌混匀，得混合药剂；其中氧化剂的添加量为污染土壤质量的2.5％～6.5％，氧化剂与活化剂的质量配比为1～5:1，每1kg污染土壤配用3～5L的表面活性剂溶液；
所述表面活性剂溶液采用十二烷基二苯醚二磺酸钠、十二烷基硫酸钠、曲拉通X-100、土温-80、鼠李糖脂中的一种或两种以上混合加水配制成浓度为5～11g/L的溶液；
所述氧化剂为过硫酸盐；所述活化剂为氧化钙；
所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸氢钾、过硫酸氢钠、过硫酸氢铵中的一种或几种的组合。
(2)对药剂进行泡沫处理：将步骤(1)的混合药剂通过泡沫发生系统产生泡沫，产生的泡沫粒径为8～2500μm，加压输送采用的压力为9.8×10-4～9.8×10-2MPa。
(3)对污染土壤进行反应处理：将步骤(2)的泡沫加压输送到污染土壤中，达到降解有机污染土壤的目的；
(4)对泡沫进行回收处理：将步骤(3)处理后的泡沫混合物通过回收处理系统回收再利用。
步骤(1)所述搅拌温度优选为40～60℃。
以下是本发明方法的应用实例：
实施例1
本实验是在尺寸为30cm×10cm×15cm的钢化玻璃缸内进行，装置如图1所示。取浓度为100mg/kg六氯苯污染土壤2kg作为实验样本堆放在装置中，土壤pH为7.2。将表面活性剂十二烷基二苯醚二磺酸钠和曲拉通X-100按重量配比为3:2混合后加水配成5L浓度为5g/L的混合表面活性剂溶液，再加入污染土壤质量的2.5％过硫酸盐(过硫酸盐由过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸氢钾按摩尔比为1:1:1混合配制成)和污染土壤质量的2.5％氧化钙，调节温度为40℃，搅拌混匀，混合溶液经过泡沫发生器产生泡沫，注入土壤中，另一端抽出泡沫混合物再回收利用，整个过程反应7天，六氯苯去除率达89％。
实施例2
本实验是在尺寸为30cm×10cm×15cm的钢化玻璃缸内进行，装置如图1所示。取浓度为200mg/kg六氯苯污染土壤2kg作为实验样本堆放在装置中，土壤pH为7.8。将表面活性剂十二烷基二苯醚二磺酸钠和土温-80按重量配比2:1混合后加水配成6L浓度为6g/L的混合表面活性剂溶液，再加入污染土壤质量的4％过硫酸盐(过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸氢钾和过硫酸氢钠摩尔比为3:3:2:1:1的混合物)和污染土壤质量的4％氧化钙，调节温度为50℃，搅拌混匀，混合溶液经过泡沫发生器产生泡沫，注入土壤中，另一端抽出泡沫混合物再回收利用，整个过程反应7天，六氯苯去除率达91％。
实施例3
本实验是在尺寸为30cm×10cm×15cm的钢化玻璃缸内进行，装置如图1所示。取浓度为500mg/kg六氯苯污染土壤2kg作为实验样本堆放在装置中，土壤pH为7.9。将表面活性剂十二烷基二苯醚二磺酸钠和曲拉通X-100按重量配比5:3混合加水配成8L浓度为8g/L的混合表面活性剂溶液，加入污染土壤质量的6％的过硫酸钠和污染土壤质量的4％的氧化钙，调节温度为50℃，搅拌混匀，混合溶液经过泡沫发生器产生泡沫，注入土壤中，另一端抽出泡沫混合物再回收利用，整个过程反应7天，六氯苯去除率达93％。
实施例4
本实验是在尺寸为30cm×10cm×15cm的钢化玻璃缸内进行，装置如图1所示。取浓度为600mg/kg六氯苯污染土壤2kg作为实验样本堆放在装置中，土壤pH为8.3。将表面活性剂十二烷基硫酸钠和鼠李糖脂按重量配比1:1混合后加水配成10L浓度为10g/L的混合表面活性剂溶液，加入污染土壤质量的6.5％的过硫酸盐(过硫酸盐由过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸氢钾和过硫酸氢铵按摩尔比为6:5:3:1混合配制成)和污染土壤质量的1.5％的氧化钙，调节温度为60℃，搅拌混匀，混合溶液经过泡沫发生器产生泡沫，注入土壤中，另一端抽出泡沫混合物再回收利用，整个过程反应7天，六氯苯去除率达88％。

Claims (9)

1.一种表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统，其特征在于，它由依次相接的药剂处理系统、泡沫发生系统、反应系统和回收处理系统组成，所述药剂处理系统包括药剂混合发生罐、氧化剂药罐、活化剂药罐和表面活性剂药罐，氧化剂药罐、活化剂药罐、表面活性剂药罐均与药剂混合发生罐相接；所述泡沫发生系统由依次相接的氮气瓶、泡沫发生器和压力泵组成，泡沫发生器的进料口与药剂混合发生罐的输出端相接；所述反应系统包括置于污染土壤中的泡沫注入井和泡沫抽出井，泡沫注入井连接压力泵的输出端；所述回收处理系统包括依次相接的负压泵、泡沫混合物回收罐、分离设备、表面活性剂回收罐，负压泵的输入端与泡沫抽出井相接，表面活性剂回收罐的输出端与药剂混合发生罐的输入端相接。
2.根据权利要求1所述表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统，其特征在于，所述药剂混合发生罐内设有搅拌装置，使药剂充分混合。
3.根据权利要求1所述表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的系统，其特征在于，所述泡沫注入井和泡沫抽出井均设有孔洞，方便泡沫在土壤中进出。
4.表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，它包括如下操作步骤：
(1)配制混合药剂：将表面活性剂溶液、氧化剂和活化剂于30～65℃下搅拌混匀，得混合药剂；其中氧化剂的添加量为污染土壤质量的2.5％～6.5％，氧化剂与活化剂的质量配比为1～5:1，每1kg污染土壤配用3～5L的表面活性剂溶液；
(2)对药剂进行泡沫处理：将步骤(1)的混合药剂通过泡沫发生系统产生泡沫；
(3)对污染土壤进行反应处理：将步骤(2)的泡沫加压输送到污染土壤中，达到降解有机污染土壤的目的；
(4)对泡沫进行回收处理：将步骤(3)处理后的泡沫混合物通过回收处理系统回收再利用。
5.根据权利要求4所述表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述表面活性剂溶液采用十二烷基二苯醚二磺酸钠、十二烷基硫酸钠、曲拉通X-100、土温-80、鼠李糖脂中的一种或两种以上混合加水配制成浓度为5～11g/L的溶液。
6.根据权利要求4所述表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化剂为过硫酸盐，所述活化剂为氧化钙。
7.根据权利要求6所述表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸氢钾、过硫酸氢钠、过硫酸氢铵中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求4所述表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌温度优选为40～60℃。
9.根据权利要求4所述表面活性剂泡沫辅助过硫酸盐氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤(2)中，产生的泡沫粒径为8～2500μm，加压输送采用的压力为9.8×10-4～9.8×10-2MPa。
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