CN108817061B - 可连续淋洗处理石油污染土壤的方法、淋洗装置及洗液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种连续淋洗处理油品污染土壤的方法，包括以下步骤：（1）配制洗液：按重量份数计，称取（a）阴离子表面活性剂1~15份，醇9~30份，电解质1~25份，水100份；或（b）非离子表面活性剂1~10份，醇2~6份，电解质0~10份，水100份；（2）采用所述洗液淋洗石油污染土壤的堆积床层，收集淋洗后的液相并继续淋洗所述堆积床层，直至淋洗后的液相分层；（3）将上层的平衡油相分离，下层的O/W型微乳相继续淋洗所述堆积床层，直至淋洗后的液相再次分层；（4）重复步骤（3）。本发明可以有效地将污染土壤的油品去除，并可回收石油资源，处理工艺简单易行，常温即可实施，步骤简单，易于推广。

Description

可连续淋洗处理石油污染土壤的方法、淋洗装置及洗液
技术领域
本发明属于环境工程领域，具体涉及石油污染的土壤修复用的方法、淋洗装置及洗液，所述处理方法简单，常温即可实施，易于推广。
背景技术
石油产品在社会中的应用越来越广泛，而石油从开采、运输、加工到日常的使用，不可避免会出现各种跑冒滴漏问题，造成土壤和水体的污染。石油污染所带来的危害和损失也越来越受到人们的关注。目前，石油污染土壤的处理方法主要有物理修复、化学修复以及生物修复方法。物理修复方法包括热洗法、土壤气相抽提法等；当污染面积过大时，这些方法所需费用过高、可行性较差，无法大规模应用。化学修复方法是土壤中的油品通过化学反应的方式转化，从而达到去除的目的；但化学法不但能耗过高，而且容易产生二次污染以及会对土壤破坏。生物修复方法是利用动植物对污染的土壤进行修复的方法；生物法对环境影响小，但是也存在合适的微生物不宜寻找、分解所需时间过长、土壤的油含量不宜过高的缺点。
专利CN 103170498 A公开了一种轻质油污染土壤原位修复装置及方法，该方法的将石油降解菌液、尿素、磷酸二氢钾、共代谢基质α-乳糖以及纯净水混合成为注入液，复合了土壤气相抽吸、生物通风、微生物强化技术，在自己研制的设备中对土壤污染物进行微生物降解。专利CN 106734186 A公布一种石油污染土壤原位修复方法，该方法将秸秆、沼渣、KNO3以及水混合形成沼渣菌剂，再将沼渣菌剂与酒精混合注入到污染土壤当中，酒精将土壤中的石油溶出，沼渣中的微生物利用酒精作为碳源，更加有效地将溶液中的石油分解转化以达到除去土壤中石油的目的。专利CN10311309A提供了一种可循环使用的含油污泥资源化处理洗液及处理方法，所述洗液含阴、阳离子复配表面活性剂、正丁醇或正戊醇、电解质和水，使用时，洗液与含油污泥中的油分结合形成双连续性微乳液而将油份脱除，经对洗脱所得液相体系进行组分调整，使其发生从W/O或双连续微乳到O/W型微乳的相转变，进而回收油分，并实现洗液的再利用。该专利利用了微乳液的转相特性，进行油分的回收及洗液的重复使用；但调整液相特性实现转相，进而进行油分分离的步骤较为复杂，回收的洗液需要进一步活化才可以重新使用，且处理对象为含油污泥，与轻质石油污染泥砂性质上有显著区别。
上述专利所公开的处理污染土壤或含油污泥的方法，均可取的一定的效果，但普遍存在的问题包括：（1）处理工艺较为复杂，或需要多种处理过程结合进行。（2）对环境要求较高，限制条件较多，实际推广的难度较高。
发明内容
针对目前油品污染土壤修复处理的技术现状，本发明提供了一种连续淋洗处理油品污染土壤的方法、淋洗装置及洗液，可以有效地将污染土壤的油品去除，并可回收石油资源，处理工艺简单易行，常温即可实施，步骤简单，易于推广。
本发明的技术方案：
连续淋洗处理石油污染土壤的洗液的使用方法，包括以下步骤：
（1）配制洗液：按重量份数计，称取（1）阴离子表面活性剂1~15份，醇9~30份，电解质1~25份，水100份；或（2）非离子表面活性剂1~10份，醇2~6份，电解质0~10份，水100份；搅拌至混合均匀，得到洗液。所述阴离子表面活性剂为硫酸盐类表面活性剂或者磺酸盐类表面活性剂；所述非离子表面活性剂为多元醇型非离子表面活性剂。所述醇为C4醇或C5醇；所述电解质为钠盐或钾盐。
（2）采用所述洗液淋洗石油污染土壤的堆积床层，收集淋洗后的液相并继续淋洗所述堆积床层，直至淋洗后的液相分层；所述淋洗的方式是连续淋洗。所述洗液一次流过堆积床层所需要的表观停留时间t1不小于15min；所述表观停留时间t1=床层体积V1/洗液的体积流量v；或所述洗液一次流过堆积床层所需要的停留时间t2不小于5min；所述停留时间t2=床层孔隙体积V2/洗液体积流量v，以保证洗液与油份有效结合。其中，V2=V1▪ε, ε为床层空隙率；，ρ p 为土壤颗粒密度和ρ b 为床层堆积密度。
洗液在淋洗过程中与土壤中的油分结合，自发形成Winsor I型微乳液。将淋洗后的液相收集，当土壤中污染油份较少时，开始可能液相不出现分层，则洗液可以一直循环使用，或用于多批土壤的处理，直到所收集的液相自然分为两层。下层为含有少量油以及洗液各种主要成分的O/W型微乳相，上层为平衡油相。
（3）将上层的平衡油相分离，下层的O/W型微乳相继续淋洗所述堆积床层，直至淋洗后的液相再次分层；向所述的O/W型微乳相中可以补充适量新鲜洗液，所述洗液补充的体积流量为（1/10~1/2）v，v为洗液的体积流量。
（4）重复步骤（3）。
其中，步骤（2）所述的堆积床层包括两种：（a）将污染土壤挖取后装填于固定床中，（b）原位土壤的堆积状态。所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠；所述非离子表面活性剂为吐温-20或吐温-80；所述醇为正丁醇或正戊醇；所述电解质为氯化钠、硫酸钠、氯化钾或硫酸钾。
连续淋洗处理石油污染土壤的装置，包括洗液注入装置、淋出液收集装置、静置分层装置。所述洗液注入装置设置在堆积床层的上方，所述淋出液收集装置设置在床层的侧面，所述淋出液收集装置通过抽出泵与静置分层装置的入口相连通，所述静置分层装置的出口通过循环泵与洗液注入装置相连通。
所述洗液注入装置包括洗液注入室和隔离层A，所述淋出液收集装置包括淋出液收集室和隔离层B，所述隔离层A沿洗液的流动方向依次由以下结构组成：隔砂网-沙砾-细砂-隔砂网。所述隔离层B沿淋出液的流动方向依次由以下结构组成：隔砂网-细砂-沙砾-隔砂网。
所述静置分层装置为设置有可视窗的容器，所述静置分层装置的上方设置淋洗液接入口，通过其与淋出液收集装置相连通；所述静置分层装置的底部设置循环洗液出口，并通过其与循环装置相连通，所述静置分层装置的中部设置油相回收口。
可连续淋洗处理石油污染土壤的洗液，按重量份数计，由以下组分组成：（1）阴离子表面活性剂1~15份，醇9~30份，电解质1~25份，水100份；所述阴离子表面活性剂为硫酸盐类表面活性剂或者磺酸盐类表面活性剂；或（2）非离子表面活性剂1~10份，醇2~6份，电解质0~10份，水100份；所述非离子表面活性剂为多元醇型非离子表面活性剂。所述醇为C4醇或C5醇；所述电解质为钠盐或钾盐。
优选的是，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠；所述非离子表面活性剂为吐温-20或吐温-80；所述醇为正丁醇或正戊醇；所述电解质为氯化钠、硫酸钠、氯化钾或硫酸钾。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供了连续淋洗处理石油污染土壤的方法，将所述洗液连续淋洗入石油污染土壤的堆积床层，或重复使用于多批被污染土壤，淋洗过程中洗液自发与土壤中的石油结合而将其带出，带出足够多的石油后液相会自然分为两层，上层为平衡油相，下层为含有少量油以及洗液各种主要成分的O/W型微乳相；该微乳相可以循环使用，保证了淋洗过程的低成本。
（2）本发明还提供了连续淋洗处理石油污染土壤的装置，该装置与方法结合使用，实现了处理过程的简单易操作，为其应用提供了进一步的保证。
（3）本发明提供的连续淋洗处理石油污染土壤的洗液，组份和配制方法简单，可以在常温下连续重复使用，从而大大降低了处理成本，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明所述的连续淋洗处理油品污染土壤的装置及处理过程示意图；
图2是本发明所述的连续淋洗处理油品污染土壤的装置的结构示意图之二。其中（a）为淋出液收集装置；（b）为洗液静置分层装置；（c）为洗液注入装置。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
连续淋洗处理石油污染土壤的装置，包括洗液注入装置1、淋出液收集装置2、静置分层装置3。所述洗液注入装置1设置在堆积床层4的上方，所述淋出液收集装置2设置在床层4的侧面，所述淋出液收集装置2通过抽出泵5与静置分层装置3的入口相连通，所述静置分层装置3的出口通过循环泵6与洗液注入装置1相连通。所述洗液注入装置1包括洗液注入室7和隔离层A ，所述淋出液收集装置2包括淋出液收集室8和隔离层B，所述隔离层A沿洗液的流动方向的依次由以下结构组成：隔砂网9-沙砾10-细砂11-隔砂网9。所述隔离层B沿淋出液的流动方向的依次由以下结构组成：隔砂网9-细砂11-沙砾10-隔砂网9。所述静置分层装置3为设置有可视窗12的容器，所述静置分层装置3的上方设置淋洗液接入口13，通过其与淋出液收集装置相连通；所述静置分层装置的底部设置循环洗液出口14，并通过其与循环装置相连通，所述静置分层装置的中部设置油相回收口15。
连续淋洗处理石油污染土壤的洗液及使用方法：
（1）将400mL航空煤油撒入堆积体积为1L的新鲜土壤中混合均匀，静置48h后，将被污染土壤装填于固定床中，得到堆积床层4。
（2）配制洗液：称取自来水100重量份、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）1份、正丁醇18份，氯化钾18份，搅拌至混合均匀。
（3）将（2）中配制好的洗液按照50mL·min-1的流速打入洗液注入室7中，流经堆积床层4后，在淋出液收集室8中收集，表观停留时间t1为20min。通过抽出泵5将淋出液经淋洗液接入口13转移至静置分层装置3中。分层后，将上层的平衡油相通过油相回收口15分离，下层的O/W型微乳相通过循环洗液出口14，经循环泵6进入洗液注入室7中，继续淋洗所述堆积床层。以5mL·min-1的流速补充新鲜洗液，循环1h后，收集油相337mL，占污染煤油总量的84.25%。
实施例2：与实施例1不同的是，
（1）将400mL柴油撒入堆积体积为1L的新鲜土壤中混合均匀，静置48h后，将被污染土壤装填于固定床中。
（2）按质量比取：自来水100份、十二烷基硫酸钠（SDS）5份、正丁醇25份，硫酸钾25份，搅拌至混合均匀。
（3）将（2）中配制好的洗液按照30mL·min-1的流速打入洗液注入室7中，流经堆积床层4后，在淋出液收集室8中收集，表观停留时间t1为33.3min。按照实施例1的方式进行洗液循环。以4.0mL·min-1的流速补充新鲜洗液，循环1h后，收集油相312mL，占污染柴油总量的78.00%。
实施例3：与实施例1不同的是，
（1）将400mL重柴油撒入堆积体积为1L的新鲜土壤中混合均匀，静置48h后，将被污染土壤装填于固定床中。
（2）按质量比取：自来水100份、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）10份、正戊醇30份，氯化钠1份，搅拌至混合均匀。
（3）将（2）中配制好的洗液按照80mL·min-1的流速打入洗液注入室7中，流经堆积床层4后，在淋出液收集室8中收集，停留时间t2为5.9min。按照实施例1的方式进行洗液循环。以14.0mL·min-1的流速补充新鲜洗液，循环1h后，收集油相298mL，占污染重柴油总量的74.50%。
其中，土壤颗粒密度ρ p 为2080kg/m3，床层堆积密度ρ b 为1095kg/m3，得到床层空隙率ε=0.474；进而得到V2=V1▪ε=0.474L。
实施例4：与实施例1不同的是，
（1）将400mL减压蜡油撒入堆积体积为3L的新鲜土壤中混合均匀，静置48h后，将被污染土壤装填于固定床中。
（2）按质量比取：自来水100份、十二烷基硫酸钠（SDS）15份、正戊醇9份，硫酸钠10份，搅拌至混合均匀。
（3）将（2）中配制好的洗液按照80mL·min-1的流速打入洗液注入室7中，流经堆积床层4后，在淋出液收集室8中收集，停留时间t1为15.6min按照实施例1的方式进行洗液循环。以20mL·min-1的流速（1/4）补充新鲜洗液，循环1h后，收集油相274mL,占污染减压蜡油总量的68.50%。
其中，土壤颗粒密度ρ p 为2110kg/m3，床层堆积密度ρ b 为1230kg/m3，得到床层空隙率ε=0.417；进而得到V2=V1▪ε=1.251L。
实施例5：与实施例1不同的是，
（1）将400mL航空煤油撒入堆积体积为1L的新鲜土壤中混合均匀，静置48h后，将被污染土壤装填于固定床中，得到堆积床层4。
（2）配制洗液：称取自来水100重量份、吐温-20 7份、正丁醇6份，搅拌至混合均匀。
（3）将（2）中配制好的洗液按照50mL·min-1的流速打入洗液注入室7中，流经堆积床层4后，在淋出液收集室8中收集，表观停留时间t1为20min。按照实施例1的方式进行洗液循环。以25mL·min-1的流速充新鲜洗液，循环1h后，收集油相349mL，占污染煤油总量的87.25%。
实施例6：与实施例1不同的是，
（1）将400mL柴油撒入堆积体积为1L的新鲜土壤中混合均匀，静置48h后，将被污染土壤装填于固定床中。
（2）按质量比取：自来水100份、吐温-20 10份、正戊醇2份，硫酸钠4份，搅拌至混合均匀。
（3）将（2）中配制好的洗液按照30mL·min-1的流速打入洗液注入室7中，流经堆积床层4后，在淋出液收集室8中收集，表观停留时间t1为33.3min，按照实施例1的方式进行洗液循环。以6mL·min-1的流速补充新鲜洗液，循环1h后，收集油相307mL,占污染柴油总量的76.75%。
实施例7：与实施例1不同的是，
（1）将400mL重柴油撒入堆积体积为1L的新鲜土壤中混合均匀，静置48h后，将被污染土壤装填于固定床中。
（2）按质量比取：自来水100份、吐温-80 1份、正戊醇3.5份，氯化钾8份，搅拌至混合均匀。
（3）将（2）中配制好的洗液按照80mL·min-1的流速打入洗液注入室7中，流经堆积床层4后，在淋出液收集室8中收集，停留时间t2为6.2min按照实施例1的方式进行洗液循环。以27.0mL·min-1的流速补充新鲜洗液，循环1h后，收集油相303mL，占污染重柴油总量的75.75%。
其中，土壤颗粒密度ρ p 为1955kg/m3，床层堆积密度ρ b 为989kg/m3，得到床层空隙率ε=0.494；进而得到V2=V1▪ε=0.494L。
实施例8：与实施例1不同的是，
（1）将400mL减压蜡油撒入堆积体积为3L的新鲜土壤中混合均匀，静置48h后，将被污染土壤装填于固定床中。
（2）按质量比取：自来水100份、吐温80 3份、正戊醇5份，氯化钠10份，搅拌至混合均匀。
（3）将（2）中配制好的洗液按照80mL·min-1的流速打入洗液注入室7中，流经堆积床层4后，在淋出液收集室8中收集，停留时间t2为17.3min，按照实施例1的方式进行洗液循环。以20mL·min-1的流速补充新鲜洗液，循环1h后，收集油相268mL，占污染减压蜡油总量的67.00%。
其中，土壤颗粒密度ρ p 为2279kg/m3，床层堆积密度ρ b 为1228kg/m3，得到床层空隙率ε=0.461；进而得到V2=V1▪ε=1.384L。
综上所述，本发明提供的连续淋洗处理石油污染土壤的方法，充分利用Winsor I型微乳液的特性，从而实现了土壤中油品的脱除。本发明提供的连续淋洗处理石油污染土壤的装置，实现了处理过程的简单易操作，为其应用提供了进一步的保证。本发明提供的连续淋洗处理石油污染土壤的洗液，组份和配制方法简单，可以在常温下连续重复使用，从而大大降低了处理成本，具有良好的应用前景。

Claims (10)

1.可连续淋洗处理石油污染土壤的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）按重量份数计，称取（1）阴离子表面活性剂1~15份，醇9~30份，电解质1~25份，水100份；或（2）非离子表面活性剂1~10份，醇2~6份，电解质0~10份，水100份，搅拌至混合均匀，得到洗液；（2）采用所述洗液淋洗石油污染土壤的堆积床层，收集淋洗后的液相并继续淋洗所述堆积床层，直至淋洗后的液相分层；（3）将上层的平衡油相分离，下层的O/W型微乳相继续淋洗所述堆积床层，直至淋洗后的液相再次分层；（4）重复步骤（3）。
2.根据权利要求1所述的可连续淋洗处理石油污染土壤的方法，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为硫酸盐类表面活性剂或者磺酸盐类表面活性剂；所述非离子表面活性剂为多元醇型非离子表面活性剂；所述醇为C4醇或C5醇；所述电解质为钠盐或钾盐。
3.根据权利要求1所述的可连续淋洗处理石油污染土壤的方法，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠；所述非离子表面活性剂为吐温-20或吐温-80；所述醇为正丁醇或正戊醇；所述电解质为氯化钠、硫酸钠、氯化钾或硫酸钾。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的可连续淋洗处理石油污染土壤的方法，其特征在于：所述淋洗的方式是连续淋洗；所述洗液一次流过堆积床层所需要的表观停留时间t1不小于15min；所述表观停留时间t1=床层体积V1/洗液体积流量v；
或所述洗液一次流过堆积床层所需要的停留时间t2不小于5min；所述停留时间t2=床层孔隙体积V2/洗液体积流量v。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的可连续淋洗处理石油污染土壤的方法，其特征在于：步骤（2）中，向所述的O/W型微乳相中补充适量新鲜洗液，所述洗液补充的体积流量为（1/10~1/2）v。
6.连续淋洗处理石油污染土壤的装置，其特征在于：包括洗液注入装置、淋出液收集装置、静置分层装置；所述洗液注入装置设置在堆积床层的上方，所述淋出液收集装置设置在床层的侧面，所述淋出液收集装置通过抽出泵与静置分层装置的入口相连通，所述静置分层装置的出口通过循环泵与洗液注入装置相连通。
7.根据权利要求6所述的连续淋洗处理石油污染土壤的装置，其特征在于：所述洗液注入装置包括洗液注入室和隔离层A，所述淋出液收集装置包括淋出液收集室和隔离层B，所述隔离层A沿淋出液的流动方向的依次由以下结构组成：隔砂网-沙砾-细砂-隔砂网；所述隔离层B沿洗液的流动方向的依次由以下结构组成：隔砂网-细砂-沙砾-隔砂网。
8.根据权利要求6所述的连续淋洗处理石油污染土壤的装置，其特征在于：所述静置分层装置为设置有可视窗的容器，所述静置分层装置的上方设置淋洗液接入口，通过其与淋出液收集装置相连通；所述静置分层装置的底部设置循环洗液出口，并通过其与循环装置相连通，所述静置分层装置的中部设置油相回收口。
9.可连续淋洗处理石油污染土壤的洗液，其特征在于：按重量份数计，由以下组分组成：（1）阴离子表面活性剂1~15份，醇9~30份，电解质1~25份，水100份；所述阴离子表面活性剂为硫酸盐类表面活性剂或者磺酸盐类表面活性剂；或（2）非离子表面活性剂1~10份，醇2~6份，电解质0~10份，水100份；所述非离子表面活性剂为多元醇型非离子表面活性剂；所述醇为C4醇或C5醇；所述电解质为钠盐或钾盐。
10.根据权利要求9所述的可连续淋洗处理石油污染土壤的洗液，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠；所述非离子表面活性剂为吐温-20或吐温-80；所述醇为正丁醇或正戊醇；所述电解质为氯化钠、硫酸钠、氯化钾或硫酸钾。
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