CN112139236A - 一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法。解决现有Fenton试剂技术在污染土壤修复领域应用时存在的氧化能力弱、易造成二次污染及反应时间长的问题。方法包括：将待处理农药污染土壤投入反应器中；投加Fe2+与H2O2，至Fe2+与H2O2摩尔比1/5～1/2为止，水土比为10:1～5:1；调节土壤与水混合环境pH为3～5，酸化处理5～10min；在10～50r/min速度下搅拌均匀和微波功率300～1000W条件下反应，时间为30～300s即完成对待修复土壤的处理。优点：一、操作简单，能耗低，二、解决了Fenton试剂修复污染土壤氧化能力弱和反应时间长的问题；三、微波非热效应诱导少量H2O2产生羟基自由基，微波热效应增强了羟基自由基的氧化能力，避免过量氧化剂投加导致的二次污染问题。本发明主要用于去除土壤中农药污染。

Description

一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及一种土壤农药的处理方法，具体是一种微波强化氧化异位处理农药污染土壤的方法，属于土壤修复领域。
背景技术
有机磷类、拟除虫菊酯类农药应用广泛，由于与土壤有较强的结合能力，极易在土壤中残留。土壤是农药实施的主要载体，是生态系统重要的组成部分，土壤中农药可通过各种方式进行挥发和扩散，最终影响人体健康。随着生活水平的提高，人们越来越关注身心健康和食品安全，所以对土壤中农药的去除日益受到关注。
目前，常用的高浓度土壤中农药的处理方法有淋洗法、翻耕法、吸附法、添加化学试剂法以及生物法，上述的技术存在不能将农药有效彻底去除或者处理成本高等问题。Fenton氧化作为土壤农药修复技术中最有发展前景的技术之一，具有适用范围广、条件温和及操作简单的特点，但是存在氧化能力较弱和反应时间长的问题。
发明内容
本发明目的是解决现有Fenton试剂技术在污染土壤修复领域应用时存在的氧化能力较弱和反应时间长的问题，提供一种微波催化活化Fenton氧化技术降解土壤中农药的方法。
微波是一种电磁波，可以强化反应过程，大幅度提高反应速率。微波强化Fenton氧化技术是一种环境友好型的方法。本发明采用Fenton试剂作为强氧化剂氧化土壤中的农药，并利用微波特性加速自由基对土壤中农药的氧化分解，使反应更加迅速彻底。
本发明的技术方案
一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法，具体是按以下步骤完成的：
(1)将农药污染土壤风干后，研磨过筛50-100目，并将待处理农药污染土壤投入反应器中。农药污染土壤初始TOC值为5～50mg/g，pH为5～8。待处理污染土壤为农田土壤与农药厂污染场地土壤。
(2)然后投加Fe2+与30％的H2O2，至Fe2+与H2O2摩尔比为1/5～1/2止，水土比为10:1～5:1。
(3)调节土壤与水混合环境pH为3～5，酸化处理5～10min。
(4)然后在10～50r/min速度下搅拌均匀和微波功率为300～1000W下进行处理，处理时间为30～300s，即完成对待处理农药污染土壤的处理。微波处理后的农药污染土壤TOC值为0.25～15mg/g，pH为3～8。
其中，步骤(1)中所述土壤中的农药污染物包括：杀虫剂有机磷类、氨基甲酸酯类、有机氮类、拟除虫菊酯类、无机杀虫剂、植物性杀虫剂、微生物杀虫剂、昆虫生长调节剂、昆虫行为调节剂和生物源类杀虫剂；杀菌剂有机磷类、有机磷酸酯类、有机砷类、有机锡类、有机硫类、苯类、杂环类、无机杀菌剂和微生物杀菌剂；除草剂酰胺类、二硝基苯胺类、氨基甲酸酯类、脲类、酚类、二苯醚类、三氮苯类、苯氧羧酸类、有机磷类、杂环类、磺酰脲类、咪唑啉酮类、选择性除草剂和灭生性除草剂；杀鼠剂有机磷酸酯类、杂环类、脲类、硫脲类、无机有毒化合物、急性杀鼠剂和抗血凝杀鼠剂。
本发明的优点和有益效果：
一、操作简单，能耗低，在较小的功率下即可有效催化反应的进行；二、由于微波具有能量和催化的特点，解决了Fenton试剂氧化能力较弱和反应时间长的问题；三、反应在微波的诱发下，少量的H2O2就可以产生活性高的羟基自由基；四、微波使反应体系的温度上升，增强了羟基自由基的氧化能力；五、解决了氧化剂投加过量带来的环境二次污染问题；因此，本发明有很大优势，具有大规模推广应用的潜力。
附图说明
图1是本发明一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法的工艺流程图。图中，1为盛有待处理污染土壤的反应器，2为添加氧化剂(Fe2+与H2O2)，3为搅拌，4为酸化处理，5为搅拌，6为微波处理，7为处理后待排放的土壤。
图2是微波强化Fenton处理不同浓度农药的时间-TOC去除率曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步详细的描述，特此声明，本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将某农药污染土壤，采用本发明一种微波催化活化Fenton氧化技术降解土壤中农药的方法进行处理。某农药污染土壤的某有机磷农药初始值为0.5mg/g，TOC值为16.67mg/g。首先将10g待处理土壤过50目筛，放入反应器中；然后投加Fe2+与30％的H2O2，至Fe2+与H2O2摩尔比为1:5，25r/min搅拌均匀；调节土壤与溶液混合环境pH为3.5，酸化处理5min；然后在25r/min速度下搅拌均匀和微波功率为300W下进行处理，处理时间为30s，处理后TOC值为13.06mg/g。30s时间内TOC浓度去除率可达到21.66％以上(实验依据见图2)。即完成对待处理农药污染土壤的处理。
本试验所述的氧化剂为Fe2+与H2O2，且所述的Fe2+与H2O2按以下方式投加：首先将Fe2+与H2O2完全混匀溶解，然后添加到含有待处理土壤的反应器中。
实施例2
将某农药污染土壤，采用本发明一种微波催化活化Fenton氧化技术降解土壤中农药的方法进行处理。某农药污染土壤的某有机磷农药初始值为0.9mg/g，TOC值为18.8mg/g。首先将10g待处理土壤过50目筛，放入反应器中；然后投加Fe2+与30％的H2O2，至Fe2+与H2O2摩尔比1:3，25r/min搅拌均匀；调节土壤与溶液混合环境pH为4.5，酸化处理7min；然后在25r/min速度下搅拌均匀和微波功率为800W下进行处理，处理时间为60s，处理后TOC值为14.17mg/g。60s时间内TOC浓度去除率可达到24.63％以上(实验依据见图2)。即完成对待处理农药污染土壤的处理。
本试验所述的氧化剂为Fe2+与H2O2，且所述的Fe2+与H2O2按以下方式投加：首先将Fe2+与H2O2完全混匀溶解，然后添加到含有待处理土壤的反应器中。
实施例3
将某农药污染土壤，采用本发明一种微波催化活化Fenton氧化技术降解土壤中农药的方法进行处理。某农药污染土壤的某有机磷农药初始值为0.9mg/g，TOC值为18.8mg/g。首先将10g待处理土壤过50目筛，放入反应器中；然后投加Fe2+与30％的H2O2，至Fe2+与H2O2摩尔比1:5，50r/min搅拌均匀；调节土壤与溶液混合环境pH为4，酸化处理5min；然后在50r/min速度下搅拌均匀和微波功率为500W下进行处理，处理时间为60s，处理后TOC值为14.03mg/g。60s时间内TOC浓度去除率可达到25.37％以上(实验依据见图2)。即完成对待处理农药污染土壤的处理。
本试验所述的氧化剂为Fe2+与H2O2，且所述的Fe2+与H2O2按以下方式投加：首先将Fe2+与H2O2完全混匀溶解，然后添加到含有待处理土壤的反应器中。
实施例4
将某农药污染土壤，采用本发明一种微波催化活化Fenton氧化技术降解土壤中农药的方法进行处理。某农药污染土壤的某有机磷农药初始值为0.9mg/g，TOC值为18.8mg/g。首先将10g待处理土壤过100目筛，放入反应器中；然后投加Fe2+与30％的H2O2，至Fe2+与H2O2摩尔比1:3，10r/min搅拌均匀；调节土壤与溶液混合环境pH为4，酸化处理10min；然后在10r/min速度下搅拌均匀和微波功率为800W下进行处理，处理时间为180s，处理后TOC值为13.53mg/g。180s时间内TOC浓度去除率可达到28.03％以上(实验依据见图2)。即完成对待处理农药污染土壤的处理。
本试验所述的氧化剂为Fe2+与H2O2，且所述的Fe2+与H2O2按以下方式投加：首先将Fe2+与H2O2完全混匀溶解，然后添加到含有待处理土壤的反应器中。
实施例5
将某农药污染土壤，采用本发明一种微波催化活化Fenton氧化技术降解土壤中农药的方法进行处理。某农药污染土壤的某有机磷农药初始值为0.5mg/g，TOC值为16.67mg/g。首先将10g待处理土壤过100目筛，放入反应器中；然后投加Fe2+与30％的H2O2，至Fe2+与H2O2摩尔比1:3，10r/min搅拌均匀；调节土壤与溶液混合环境pH为4，酸化处理5min；然后在10r/min速度下搅拌均匀和微波功率为800W下进行处理，处理时间为60s，处理后TOC值为11.71mg/g。60s时间内TOC浓度去除率可达到29.75％以上(实验依据见图2)。即完成对待处理农药污染土壤的处理。
本试验所述的氧化剂为Fe2+与H2O2，且所述的Fe2+与H2O2按以下方式投加：首先将Fe2+与H2O2完全混匀溶解，然后添加到含有待处理土壤的反应器中。
实施例6
将某农药污染土壤，采用本发明一种微波催化活化Fenton氧化技术降解土壤中农药的方法进行处理。某农药污染土壤的某有机磷农药初始值为0.9mg/g，TOC值为18.8mg/g。首先将10g待处理土壤过100目筛，放入反应器中；然后投加Fe2+与30％的H2O2，至Fe2+与H2O2摩尔比1:5，50r/min搅拌均匀；调节土壤与溶液混合环境pH为4，酸化处理5min；然后在50r/min速度下搅拌均匀和微波功率为800W下进行处理，处理时间为300s，处理后TOC值为13.04mg/g。300s时间内TOC浓度去除率可达到30.64％以上(实验依据见图2)。即完成对待处理农药污染土壤的处理。
本试验所述的氧化剂为Fe2+与H2O2，且所述的Fe2+与H2O2按以下方式投加：首先将Fe2+与H2O2完全混匀溶解，然后添加到含有待处理土壤的反应器中。
实施例7
将某农药厂场地污染土壤，采用本发明一种微波催化活化Fenton氧化技术降解土壤中农药的方法进行处理。该农药污染土壤中含有多种农药成分，包括甲拌磷、特丁硫磷、氨基对硫磷、特丁硫磷、三乙基硫代磷酸酯、二硫代磷酸二乙酯、除草剂甲草胺等，测定TOC值为17.39mg/g。首先将10g待处理土壤过100目筛，放入反应器中；然后投加Fe2+与30％的H2O2，至Fe2+与H2O2摩尔比1:5，50r/min搅拌均匀；调节土壤与溶液混合环境pH为4，酸化处理5min；然后在25r/min速度下搅拌均匀和微波功率为1000W下进行处理，处理时间为300s，处理后TOC值为11.81mg/g。300s时间内TOC浓度去除率可达到32.03％以上(实验依据见图2)。即完成对待处理农药污染土壤的处理。
本试验所述的氧化剂为Fe2+与H2O2，且所述的Fe2+与H2O2按以下方式投加：首先将Fe2+与H2O2完全混匀溶解，然后添加到含有待处理土壤的反应器中。

Claims (5)

1.一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将农药污染土壤风干后，研磨过筛，并将待处理农药污染土壤投入反应器中；
(2)然后投加Fe2+与30％的H2O2，至Fe2+与H2O2的摩尔比为1/5～1/2止，水土比为10:1～5:1；
(3)调节土壤与水混合环境pH为3～5，酸化处理5～10min；
(4)然后在10～50r/min速度下搅拌均匀和微波功率为300～1000W下进行处理，处理时间为30～300s，即完成对待处理农药污染土壤的处理。
2.根据权利要求1所述的一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法，其特征在于：步骤(1)中所述土壤中的农药污染物包括：杀虫剂有机磷类、氨基甲酸酯类、有机氮类、拟除虫菊酯类、植物性杀虫剂、微生物杀虫剂、昆虫生长调节剂、昆虫行为调节剂和生物源类杀虫剂；杀菌剂有机磷类、有机磷酸酯类、有机砷类、有机锡类、有机硫类、苯类、杂环类、无机杀菌剂和微生物杀菌剂；除草剂酰胺类、二硝基苯胺类、氨基甲酸酯类、脲类、酚类、二苯醚类、三氮苯类、苯氧羧酸类、有机磷类、杂环类、磺酰脲类、咪唑啉酮类、选择性除草剂和灭生性除草剂；杀鼠剂有机磷酸酯类、杂环类、脲类、硫脲类、无机有毒化合物、急性杀鼠剂和抗血凝杀鼠剂。
3.根据权利要求1所述的一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法，其特征在于：步骤(1)中所述农药污染土壤初始TOC值为5～50mg/g，pH为5～8。
4.根据权利要求1所述的一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法，其特征在于：步骤(4)所述微波处理后的农药污染土壤pH为3～8，短时间内去除率为5～30％。
5.根据权利要求1所述的一种微波强化Fenton氧化技术修复农药污染土壤的方法，其特征在于待处理污染土壤为农田土壤与农药厂污染场地土壤。
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