CN116809620A - 一种土壤修复方法及其修复药剂和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤修复方法及其修复药剂和应用，属于土壤修复技术领域，所述的土壤修复方法，基于多相抽提系统，包括向待修复土壤中注入修复药剂的步骤，其特征在于，所述修复药剂为腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。本发明的土壤修复方法，基于多相抽提技术，通过向土壤中注入特定的表面活性剂组成的修复药剂，可以有效去除有机污染物，强化土壤修复效果，实现了缩短修复时间和降低能耗的目的。且所述的修复药剂低毒、可生物降解性好，不会造成二次污染。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种土壤修复方法及其修复药剂和应用。
背景技术
随着工业化的进程,石油类有机物污染跃居首位，对环境的危害日益严重。环境保护的重点应该放到防治根本上,污染物经不饱和土壤向饱和区运移,最终迁移至地下水系统，其治理难度及范围将会大大增加，因而不饱和区土壤的污染治理尤为重要。
多相抽提(multi-phase extraction,MPE)技术是当前国外修复被挥发性有机物污染的土壤和地下水的主要技术之一，它通常通过同时抽取地下污染区域的土壤气体、地下水和非水相液体(non-aqueous phase liquid,NAPL)污染物至地面进行分离及处理，达到迅速控制并同步修复土壤与地下水污染的效果。
多相抽提(MPE)系统通常由多相抽提、多相分离和污染物处理3个主要工艺部分构成。系统主要设备包括真空泵(水泵)、输送管道、气液分离器、NAPL/水分离器、传动泵、控制设备、气/水处理设备等。其中，多相抽提设备是MPE系统的核心部分，其作用是同时抽取污染区域的气体和液体(包括土壤气体、地下水和NAPL)，把气态、水溶态以及非水溶性液态污染物从地下抽吸到地面上的处理系统中。多相抽提设备可以分为单泵系统和双泵系统。其中单泵系统仅由真空设备提供抽提动力，双泵系统则由真空设备和水泵共同提供抽提动力；多相分离指对抽出物进行的气－液及液－液分离过程。分离后的气体进入气体处理单元，液体通过其他方法进行处理。油水分离可利用重力沉降原理除去浮油层，分离出含油量低的水；污染物处理是指经过多相分离后，含有污染物的流体被分为气相、液相和有机相等形态，结合常规的环境工程处理方法进行相应的处理处置。与传统的土壤修复技术相比，MPE是一种对环境友好的土壤和地下水修复技术，它具有修复效率高、影响面积大以及适宜高浓度污染土壤修复等优点。
MPE技术在国外已被广泛应用，技术相对比较成熟，国内对MPE技术处理污染土壤和地下水的工程应用起步较晚，存在修复时间长，成本高等问题，因此，开发适合我国污染场地的土壤修复方法，满足我国环境保护管理和污染场地修复市场的紧迫需求具有重要的意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种土壤修复方法，该土壤修复方法基于多相抽提系统，通过改进修复药剂，高效去除土壤中的有机污染物，实现了缩短修复时间和降低能耗的目的。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种土壤修复方法，基于多相抽提系统，包括向待修复土壤中注入修复药剂的步骤。
本发明的多相抽提系统，包括井体、加药系统、抽提系统、多相分离系统和污染物处理系统；
其中，所述井体，设置在待修复土壤中，所述井体内设置液体管和抽提管；
所述加药系统，包括液体注入泵，所述液体注入泵连接所述液体管；
所述抽提系统，用于抽提待修复土壤中的气体和/或液体；所述抽提系统包括抽提泵，所述抽提泵与所述抽提管连接；
所述多相分离系统，用于分离所述抽提管排出的气－液或液－液；所述多相分离系统与所述抽提管连接；所述抽提管包括抽气管和抽液管；井体内的废气通过抽气管进入气液分离装置，井体内的废液通过抽液管进入气液分离装置，实现气液分离；
所述污染物处理系统，与所述多相分离系统连接；用于废气处理、废水处理和污染物回收，多相分离系统分离后的废气进入废气处理装置，通过活性炭对废气进行处理，分离后的废水进入油水分离装置进行水油分离，分离的NAPL进入收集装置,实现污染物的回收，分离得到的废水进入废水处理装置经处理达标后，排放或二次利用。
本发明通过加药系统的液体管，向待修复土壤中注入修复药剂去除土壤中的有机污染物，所述的修复药剂为腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。将其引入土壤中，亲水部分朝向水相，疏水部分则被有机物吸引，导致表面活性剂单体在有机物污染物/水界面或水/空气界面积累，改变了流体界面性质，增强了有机物在水中的溶解性。
优选地，所述修复药剂的浓度为0.1-0.5g/L。
进一步优选地，所述修复药剂中腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂的质量比为5-10:3-5；更进一步优选为6-8:4；最优选为7:4。
优选地，所述多相抽提系统还设检测系统，用于检测不同时刻待修复土壤中的污染物的浓度，并绘制修复过程污染物浓度变化曲线。
所述污染物为有机污染物；优选地，所述有机污染物包括苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯、氯乙烯、四氯乙烯、苯酚、萘、苯并(a)芘、苯并(a)蒽和C10-C40的总石油烃。
进一步优选地，当所述修复过程污染物浓度变化曲线出现拖尾时，开始注入修复药剂。
本发明还提供了一种去除土壤中有机污染物的修复药剂，包括腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。
优选地，所述腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂的质量比为5-10:3-5；进一步优选为6-8:4；最优选为7:4。
本发明还提供了上述修复药剂在土壤修复中的应用。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的土壤修复方法，基于MPE技术，通过向土壤中注入特定的表面活性剂组成的修复药剂，可以有效去除有机污染物，强化土壤修复效果，实现了缩短修复时间和降低能耗的目的。
(2)本发明的修复药剂低毒、可生物降解性好，不会造成二次污染。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。本发明实施例中海藻糖脂购自西安博联特化工有限公司，纯度规格90％；所述腰果酚聚氧乙烯醚为工业级，购自邢台鑫蓝星科技有限公司，规格为BGF-10。
本发明的多相抽提系统，包括井体、加药系统、抽提系统、多相分离系统和污染物处理系统；
其中，所述井体，设置在待修复土壤中，所述井体内设置液体管和抽提管；
所述加药系统，包括液体注入泵，所述液体注入泵连接所述液体管；
所述抽提系统，用于抽提待修复土壤中的气体和/或液体；所述抽提系统包括抽提泵，所述抽提泵与所述抽提管连接；
所述多相分离系统，用于分离所述抽提管排出的气－液或液－液；所述多相分离系统与所述抽提管连接；所述抽提管包括抽气管和抽液管；井体内的废气通过抽气管进入气液分离装置，井体内的废液通过抽液管进入气液分离装置，实现气液分离。
所述污染物处理系统，与所述多相分离系统连接；用于废气处理、废水处理和污染物回收，多相分离系统分离后的废气进入废气处理装置，通过活性炭对废气进行处理，分离后的废水进入油水分离装置进行水油分离，分离的NAPL进入收集装置,实现污染物的回收，分离得到的废水进入废水处理装置经处理达标后，排放或二次利用。
本发明的土壤修复方法，基于上述多相抽提系统，通过所述的加药系统向待修复土壤中注入修复药剂，利用修复药剂的表面活性作用，增强有机污染物在水中的溶解性，可以有效去除有机污染物，强化土壤修复效果，实现了缩短修复时间和降低能耗的目的。
本发明中的所述修复药剂为腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂，具有低毒、可生物降解好等特性，不会对环境造成而成污染。
同时，为了进一步提高修复效果，降低处理成本，本发明的修复药剂在修复过程污染物浓度变化曲线出现拖尾时开始加入。
所述修复过程污染物浓度变化曲线为污染物浓度和采样频次的曲线。具体地，所述修复过程污染物浓度变化曲线，可根据不同时刻待修复土壤中的有机污染物的浓度，绘制而成。所述有机物污染含量的检测通过抽提后气相色谱法测试方法测得。
优选地，所述有机污染物包括苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯、氯乙烯、四氯乙烯、苯酚、萘、苯并(a)芘、苯并(a)蒽和C10-C40的总石油烃。
优选地，所述修复药剂的浓度为0.1-0.5g/L。
进一步优选地，所述修复药剂中腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂的质量比为5-10:3-5；更进一步优选为6-8:4；最优选为7:4。
下面通过具体的实施例和对比例对本发明的修复药剂及其效果进行详细的描述，以上本领域的技术人员可以理解本发明所能达到的技术效果。
实施例1一种去除土壤中有机污染物的修复药剂
所述修复药剂为质量比为5:5的腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。
实施例2一种去除土壤中有机污染物的修复药剂
所述修复药剂为质量比为10:3的腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。
实施例3一种去除土壤中有机污染物的修复药剂
所述修复药剂为质量比为6:4的腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。
实施例4一种去除土壤中有机污染物的修复药剂
所述修复药剂为质量比为8:4的腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。
实施例5一种去除土壤中有机污染物的修复药剂
所述修复药剂为质量比为7:4的腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。
对比例1一种去除土壤中有机污染物的修复药剂
所述修复药剂为腰果酚聚氧乙烯醚。
对比例2一种去除土壤中有机污染物的修复药剂
所述修复药剂为海藻糖脂。
1、泡沫的静态稳定性
采用气流法产生泡沫，具体为：准确量取50ml修复药剂溶液(浓度为0.1g/L)，缓慢倒入规格为250ml的量筒内，打开恒温循环水浴，设定30±2℃，待水浴温度达到设定值后，恒温60min。再以100ml/min的气流速度向量筒中曝气，当量筒内泡沫体积达到200ml时停止曝气。并开始计时，观察泡沫从200ml衰减至125ml所用的时间，计为T1/2，用于表征泡沫的静态稳定时间。
结果如表1所示。
表1
由表1可知，本发明的修复药剂具有较好的静态稳定性，其泡沫的半衰期T1/2，明显优于单一的腰果酚聚氧乙烯醚或海藻糖脂,且当修复药剂的浓度越大，其泡沫的半衰期T1/2越长。
2、泡沫的粘弹性和微硬度
采用质构分析仪测定泡沫的微硬度和粘弹性。用前述的气流法发泡并将泡沫装满玻璃器皿，将圆盘型探头下降至接近玻璃器皿，圆盘型探头的直径为100mm，下降速率为20mm/min，最大受力量程为80％。
结果如表2所示。
表2
由表2可知，本发明提供的修复药剂产生的泡沫的粘弹性和微硬度均高于单一的腰果酚聚氧乙烯醚或海藻糖脂产生的泡沫，且修复药剂的浓度越大，其泡沫的粘弹性和微硬度越高。
3、以某石化污染土壤处理为例，具体污染为氯乙烯，处理前浓度约85-76μg/L，渗透系数约为4×10-6cm/s，采用本发明的土壤修复方法，多相抽提系统的真空度为-0.02Mpa，井头真空度为-0.005Mpa，以液体抽提流量为0.1m3/h抽提，以气体抽提流量为100L/min进行间歇抽提，每日监控修复过程氯乙烯污染物浓度变化曲线，其中第5次采样后的污染物浓度变化曲线出现拖尾现象，则停止抽提，通过加药系统向井体内注入0.25g/L的修复药剂溶液，注入量为2m3/h(土壤与修复药剂溶液的用量为0.01t:1L)，继续重复前述抽提3次，其中，对照组出现拖尾现象后，并未添加修复药剂，仅停止抽提1d后，重复前述抽提3次。最终得到的污染物的浓度及其去除效率如表3所示。
表3
| 修复药剂 | 处理前浓度μg/L | 处理后浓度μg/L | 氯乙烯去除率％ |
| 实施例1 | 80.19 | 5.78 | 92.79 |
| 实施例2 | 78.56 | 6.18 | 92.13 |
| 实施例3 | 76.47 | 5.12 | 93.30 |
| 实施例4 | 84.62 | 5.55 | 93.44 |
| 实施例5 | 81.34 | 4.12 | 94.93 |
| 对比例1 | 79.55 | 21.52 | 72.95 |
| 对比例2 | 82.21 | 20.34 | 75.26 |
| 对照组 | 77.63 | 22.51 | 71.00 |
由表3可知，添加本发明的修复药剂溶液的土壤修复方法，其氯乙烯去除率均大于90％，而对照组的土壤修复方法，其氯乙烯去除率仅为71％，表明，本发明的土壤修复方法，通过添加由腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂组成的修复药剂，可以有效消除氯乙烯的拖尾现象，因而提高了氯乙烯去除率。
而通过对比例1和2可知，单独添加腰果酚聚氧乙烯醚或海藻糖脂的土壤修复方法，其对消除氯乙烯的拖尾现象无明显作用，导致其氯乙烯去除率与对照组相差不大。
Claims (10)
1.一种土壤修复方法，基于多相抽提系统，包括向待修复土壤中注入修复药剂的步骤，其特征在于，所述修复药剂为腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。
2.根据权利要求1所述的土壤修复方法，其特征在于，所述修复药剂的浓度为0.1-0.5g/L。
3.根据权利要求2所述的土壤修复方法，其特征在于，所述修复药剂中腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂的质量比为5-10:3-5。
4.根据权利要求3所述的土壤修复方法，其特征在于，所述修复药剂中腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂的质量比为6-8:4。
5.根据权利要求1-4任一项所述的土壤修复方法，其特征在于，所述的多相抽提系统，包括井体、加药系统、抽提系统、多相分离系统和污染物处理系统；
其中，所述井体，设置在待修复土壤中，所述井体内设置液体管和抽提管；
所述加药系统，包括液体注入泵，所述液体注入泵连接所述液体管；
所述抽提系统，用于抽提待修复土壤中的气体和/或液体；所述抽提系统包括抽提泵，所述抽提泵与所述抽提管连接；
所述多相分离系统，用于分离所述抽提管排出的气－液或液－液；所述多相分离系统与所述抽提管连接，所述抽提管包括抽气管和抽液管；
所述污染物处理系统，与所述多相分离系统连接；用于废气处理、废水处理和污染物回收。
6.根据权利要求5所述的土壤修复方法，其特征在于，所述多相抽提系统还设检测系统，用于检测不同时刻待修复土壤中的污染物的浓度，并绘制修复过程污染物浓度变化曲线。
7.根据权利要求6所述的土壤修复方法，其特征在于，所述污染物为有机污染物。
8.根据权利要求6所述的土壤修复方法，其特征在于，当所述修复过程污染物浓度变化曲线出现拖尾时，开始注入修复药剂。
9.一种去除土壤中有机污染物的修复药剂，其特征在于，包括腰果酚聚氧乙烯醚和海藻糖脂。
10.权利要求9所述的修复药剂在土壤修复中的应用。
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- 2023-06-14 CN CN202310704617.0A patent/CN116809620A/zh active Pending
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