CN114378112A - 一种修复土壤中有机物的原位电动芬顿系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种修复土壤中难降解有机物的基于过氧化钙缓释的原位电动芬顿方法，该方法是利用在酸性条件下过氧化钙缓释双氧水的电动芬顿方法。电动修复装置包括直流电源、计量泵、阴极井、阳极井及自动pH控制系统。从阴极和阳极分别投加酸、过氧化钙溶液及双氧水，亚铁离子由阳极的铁棒产生。采用添加柠檬酸溶液来控制阴阳极的pH在3‑5之间。基于双氧水易分解的特性，采用添加过氧化钙溶液的方式，可降低双氧水的分解速率。基于硫酸亚铁药剂对地下水带来硫酸根离子污染，采用牺牲阳极法产生亚铁离子。
Description
技术领域
本发明属于难降解有机污染土壤原位修复技术领域，具体涉及一种修复土壤中难降解有机物的基于过氧化钙缓释的原位电动芬顿的系统及方法。
背景技术
近年来，随着“退二进三”政策的实施，工业用地重新开发利用中发现一部分工业遗址存在土壤污染，场地中存在难降解有机污染，比如多环芳烃类有机物。低渗透性地层难降解有机污染土壤的原位修复是难题。修复药剂难以在低渗透地层土壤中高效地传质及扩散，使得原位氧化修复的实施受到了限制。
原位高级氧化技术是一种应用较广泛的有机污染原位修复技术。原位高级氧化技术是通过注入井将氧化药剂(过硫酸钠、高锰酸钾、亚铁及双氧水等)注入到污染土壤中并使其扩散，达到去除有机污染的目的。电动修复技术是专门针对低渗透土壤的一种绿色的原位土壤修复技术。电动修复技术是通过向污染土壤中施加直流电场，利用电迁移、电渗流和电泳等电动力学效应，使难降解有机物在电场下定向迁移。芬顿氧化药剂在原位土壤修复中存在双氧水易分解的问题，采用缓释剂可以提高其氧化效率。为了减少硫酸盐的二次污染，采用阳极铁棒产生亚铁离子。
综合考虑成本及修复时间，化学氧化联合电动修复的方法，可以降低修复成本，提高修复效率。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
本发明主要解决的技术问题是，提供一种电动芬顿法修复低渗透性地层中难降解有机物污染土壤。单一的原位化学氧化法在低渗透地层存在药剂利用率低，而且传统的芬顿药剂在原位土壤修复中存在双氧水易分解的问题。部分工业场地地下水存在硫酸盐浓度高的情况下，原位氧化药剂需要考虑避免带入新的硫酸根离子。
化学氧化联合电动修复，可有效提高修复效率。芬顿药剂中添加双氧水缓释剂过氧化钙，可提高双氧水的利用率。阳极电极采用铁，可产生亚铁离子，避免采用硫酸亚铁带来地下水中新的硫酸根污染。
2、技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明提供了一种修复土壤中难降解有机物的基于过氧化钙缓释的原位电动芬顿的方法。通过在污染土壤中的电极施加直流电，发生电化学反应过程(电迁移、电渗流和电泳等电动力学效应)，具体步骤为：
1)在污染土壤中按照一定间距布置电极井，在电极井内添加柠檬酸、双氧水和过氧化钙溶液；
2)阳极采用铁，产生亚铁离子；
3)调节电极井内pH值，启动电动修复装置进行土壤中难降解有机物的去除。
其中，在芬顿体系中羟基是反应中间体，催化产生的羟基自由基进攻有机物分子并使其氧化为CO2、H2O等无机物质。芬顿产生羟基自由基的机理为：
Fe2++H2O2+H+→Fe3++H2O+·OH
作为本发明进一步的改进，电极井保持酸性条件，所述氧化剂为硫酸亚铁、双氧水，过氧化钙为双氧水的缓释剂；
作为本发明进一步的改进，采用10％柠檬酸调节电极井内的pH在3-5之间；
作为本发明进一步的改进，所述氧化剂为亚铁离子和8％双氧水，其中阳极铁氧化生成亚铁离子；
作为本发明进一步的改进，所述双氧水的缓释剂为10％过氧化钙；
作为本发明进一步的改进，所述电动修复装置的阴极材质为石墨，阳极电极为铁。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
1)本发明的修复土壤中难降解有机物的基于过氧化钙缓释的原位电动芬顿的方法，利用电动修复与高级氧化结合进行土壤中难降解有机物的去除，在电动修复装置的阳极设置铁棒，为体系持续供给亚铁离子，能够避免硫酸亚铁溶液带入新的硫酸盐污染。在低渗透地层中，氧化药剂不能有效扩散，原位高级氧化效果不佳。污染土壤中施加直流电场，利用电迁移、电渗流和电泳等电动力学效应可以使得氧化药剂通过电迁移有效扩散，增加反应效率。
2)本发明的修复土壤中难降解有机物的基于过氧化钙缓释的原位电动芬顿的方法，采用过氧化钙溶液作为缓释剂，可以有效降低双氧水的分解速率，增加氧化效果。
附图说明
图1为本发明实施例中电动修复的工艺流程图。
1-1-第一阴极井，1-2第二阴极井，2-1第一阳极井，2-2第二阳极井，3-电源，4-控制柜，5-柠檬酸配置罐，6-柠檬酸储液罐，7-输送柠檬酸的计量泵，8-柠檬酸流量计，9-双氧水储液罐，10-输送双氧水的计量泵，11-双氧水流量计，12-过氧化钙配置罐，13-过氧化钙储液罐，14-过氧化钙计量泵，15-过氧化钙流量计，16-溢流液储存罐。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明，但本领域的技术人员应理解本发明的范围并不限于以下的具体实例。
如图1-1所示，稳压电源3的负极分别与第一阴极1-1、第二阴极1-2连接，稳压电源3的正极分别与第一阳极2-1、2-2连接。阳极为铁棒，阴极为石墨碳棒。柠檬酸配药罐5的溶液自流进入柠檬酸储药罐6，通过计量泵7输入阴极和阳极井内，柠檬酸的流量通过流量计8显示。双氧水储药罐9通过计量泵10输入阴极和阳极井内，双氧水的流量通过流量计11显示。过氧化钙配药罐12的溶液自流进入过氧化钙储药罐13，通过计量泵14输入阴极和阳极井内，过氧化钙的流量通过流量计15显示。阴极和阳极井内溢流出的液体进入溢流液储存罐16。阴极和阳极井内pH值在控制柜4显示，通过柠檬酸的计量泵调整酸的加药量控制pH值。
本发明的方法电极井的布置根据受污染场地的水文地质参数确定，一般阴极和阳极间距为2m左右。阴极采用石墨碳棒，阳极采用铁棒，阳极可产生亚铁离子。
本发明的方法电极井上连接的管道采用PVC管，加药装置计量泵上的主管连接每个电极井的支管。
本发明的方法电极井内pH值通过pH检测仪测量，控制pH在3-5之间。修复过程中不断检测污染区域中有机物的浓度，评价有机物污染土壤的修复效果，直至土壤中的有机物达到修复目标值。
实施例
在污染土壤中布置电极井，阴极采用石墨碳棒，阳极采用铁棒。电极井间距设置为2m。电极井深度为污染土的污染深度。电极井直径为DN100，间距为2m。电极井上连接的加药管道直径DN25，溢流液管道直径为DN50。电极井至周边土壤之间采用膨润土填充。
运行：将柠檬酸、过氧化钙按照质量分数10％配置，双氧水为质量分数8％，根据多环芳烃质量与双氧水质量为1：2投加，柠檬酸的加药量根据pH值进行调整，控制在3-5之间，氧化还原电位控制在500mV左右。过氧化钙的用量根据多环芳烃的含量进行调整。电动修复进行50天后，监测污染区域中有机物的浓度，计算后土壤中有机物去除率为78.6％，达到污染土壤的修复目标值。
Claims (8)
1.一种修复土壤中有机物的原位电动芬顿系统，其特征在于，包括设置在待修复土壤中用于构建电场的若干个电极井，所述电极井内注入芬顿氧化药剂，进行芬顿氧化反应。
2.根据权利要求1所述的修复土壤中有机物的原位电动芬顿系统，其特征在于，所述芬顿氧化药剂为双氧水、亚铁离子，以及为芬顿氧化反应提供酸性条件的酸溶液。
3.根据权利要求2所述的修复土壤中有机物的原位电动芬顿系统，其特征在于，所述电极井内注入缓释剂过氧化钙。
4.根据权利要求3所述的修复土壤中有机物的原位电动芬顿系统，其特征在于，芬顿氧化反应的氧化还原电位为500mV。
5.根据权利要求2所述的修复土壤中有机物的原位电动芬顿系统，其特征在于，所述电极井包括阳极井和阴极井，所述阳极井内电极采用铁棒电极，以提供芬顿氧化反应所需的亚铁离子。
6.根据权利要求2所述的修复土壤中有机物的原位电动芬顿系统，其特征在于，电极井内的pH在3-5之间。
7.根据权利要求2所述的修复土壤中有机物的原位电动芬顿系统，其特征在于，所述酸溶液为柠檬酸溶液。
8.一种修复土壤中有机物的原位电动芬顿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在待修复土壤内布置若干个阳极电极井和阴极电极井，用于构建电场，将阳极电极、阴极电极分别电极插入阳极电极井和阴极电极井；阳极电极、阴极电极分别连接至直流电源的2个输出端口；
步骤2：将柠檬酸、过氧化钙溶液及双氧水分布通过加药泵输送至阳极电级井和阴极电极井内；阳极电极设置铁棒电极，产生亚铁离子；阳极电级井和阴极电极井内pH控制在3-5之间；
步骤3：启动加药泵和直流电源，亚铁和双氧水在酸性条件下反应，进行土壤中有机物的去除。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220422 |
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