專利名稱:一種氯代烯烴污染土壤和地下水的原位化學(xué)氧化修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種氯代烯烴污染土壤和地下水的原位化學(xué)氧化修復(fù)方法。
背景技術(shù):
氯代烯烴廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車部件、電子元件以及衣服的脫脂等領(lǐng)域,其中三氯乙烯和四氯乙烯(TCE和PCE)在環(huán)境中具有持久性特點(diǎn),對生物的毒作用很強(qiáng)并具有致癌性,已被列入美國環(huán)保局優(yōu)先控制污染物,中國環(huán)境優(yōu)先監(jiān)測和控制污染物以及歐盟公布的“黑名單”。氯代烯烴屬于非水相重水化合物,排放到環(huán)境中后,經(jīng)過滲流區(qū)、透氣層、飽和水層后,向下遷移至不透水層的表面時(shí),累積于此,形成一個(gè)獨(dú)特的污染層帶(source zone),而此后會(huì)逐漸溶解、緩慢釋放,形成一個(gè)潛在的、持久的污染源。要通過自然修復(fù)這些污染層帶,往往需要上百年的時(shí)間。由此可見,及時(shí)預(yù)防及控制這些污染層帶的形成具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。·地下水氯代烯烴污染的治理技術(shù)通常有兩種一抽出處理法和原位修復(fù)法。其中原位修復(fù)就是指在污染的場地里,通過各種工程技術(shù)方法,使污染物從包氣帶土層和地下水中去除,以便恢復(fù)其環(huán)境功能。包括原位電化學(xué)修復(fù)、原位生物修復(fù)、原位化學(xué)還原和原位化學(xué)氧化(in-situ chemical oxidation, ISC0)。原位化學(xué)氧化法(ISC0, In-SituChemical Oxidation)作為自然生物降解和生物修復(fù)之前的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)而有效的預(yù)處理方法而得到廣泛應(yīng)用,原位化學(xué)修復(fù)常用氧化劑主要有H202、Fenton試劑、過硫酸鹽、03和謂1104。這些氧化劑都以液體和氣體形式導(dǎo)入土壤和地下水的受污染區(qū),它們會(huì)與地下水體中的有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)顆粒成分或其它的還原性物質(zhì)無選擇性優(yōu)先反應(yīng),導(dǎo)致只有非常少的一部分氧化劑真正與目標(biāo)污染物氯代烯烴反應(yīng),使得氧化劑的利用效率低。另一方面溶液或氣體形式的氧化劑進(jìn)入土壤后無方向的快速分散和無選擇消耗,使得氯代烯烴污染帶(高氧化劑需求帶)的氧化劑分配不足,導(dǎo)致氯代烯烴的污染修復(fù)效果差。因此,要高效地治理土壤和地下水的氯代烯烴污染,必須解決兩個(gè)方面的問題第一,開發(fā)與應(yīng)用的氧化劑必須具有高效性和相對選擇性,且還原產(chǎn)物不影響土壤水層特性;第二,應(yīng)該解決氧化劑的有效傳輸和定向分布,減少氧化劑的副反應(yīng),提高氧化劑的利用效率。因此利用某些能被目標(biāo)污染物氯代烯烴脂溶離解的材料將活性氧化劑包覆,并通過緩釋過程控制,來提高其對目標(biāo)污染物的選擇性氧化能力,從而提高氧化劑的利用效率,具有重要的科學(xué)研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容
針對高錳酸鉀原位化學(xué)氧化去除地下水TCE過程中存在的氧化劑利用率低、無選擇性消耗大、氧化劑的傳質(zhì)等問題,本發(fā)明的目的在于提供一種氯代烯烴污染土壤和地下水的原位化學(xué)氧化修復(fù)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的解決方案是一種氯代烯烴污染土壤和地下水的原位化學(xué)氧化修復(fù)方法,先在反應(yīng)槽中安置滲透反應(yīng)墻內(nèi),滲透反應(yīng)墻內(nèi)橫向擺放復(fù)合型高錳酸鉀緩釋體,復(fù)合型高錳酸鉀緩釋劑是依下述方法制備而成先將石蠟放入容器中,加熱至完全熔化,把硅砂倒入攪拌均勻,待硅砂被石蠟完全浸潤后,加入高錳酸鉀粉末,攪拌均勻,趁熱快速倒入模具,搗實(shí),冷卻成型,即制得高錳酸鉀緩釋體;再在線稀釋高濃度TCE液,使氯代烯烴濃度維持在O 100mg/L之間,控制反應(yīng)槽的TCE液流動(dòng)速度在10-80厘米/天,使TCE液流從反應(yīng)槽的進(jìn)水端流入,流經(jīng)滲透反應(yīng)墻,從反應(yīng)槽的出水端流出,完成水處理。所述復(fù)合型高錳酸鉀緩釋劑制備時(shí),石蠟和硅砂質(zhì)量比例在1:1-1:20之間,高錳酸鉀的質(zhì)量百分含量在0-33%之間。 所述滲透反應(yīng)墻的水流速度為10-80厘米/天。所述在線稀釋高濃度TCE液是用一臺(tái)蠕動(dòng)泵以5ml/min的流速輸送高濃度TCE液,用另一臺(tái)蠕動(dòng)泵以20ml/min的流速輸送自來水,用攪拌器使兩種溶液混合均勻,然后用恒流泵控制進(jìn)水流量在25ml/min,連續(xù)進(jìn)水,使各深度的TCE濃度基本穩(wěn)定在0-100mg/L的范圍。采用上述方案后,本發(fā)明用于水處理時(shí),連續(xù)輸送TCE液,每隔24小時(shí)取樣測定出水中TCE濃度,同時(shí)用分光光度法監(jiān)測出水中高錳酸鉀濃度,水流流經(jīng)反應(yīng)槽的時(shí)間需要約2天,保證了高錳酸鉀與TCE有充分接觸的時(shí)間。2天后TCE去除率達(dá)100%,連續(xù)修復(fù)33天,去除率均保持在100%。本發(fā)明修復(fù)周期短、可長效修復(fù)、無二次污染;高錳酸鉀、石蠟和硅砂價(jià)廉易得;在合理成本前提下能達(dá)到良好的氯代烯烴處理效果,前景廣闊。
圖I是實(shí)施例I復(fù)合型高錳酸鉀緩釋劑修復(fù)三氯乙烯的長效性試驗(yàn)圖;圖2是實(shí)施例2復(fù)合型高錳酸鉀緩釋劑修復(fù)三氯乙烯的砂槽反應(yīng)器模型圖;圖3是實(shí)施例2復(fù)合型高錳酸鉀緩釋劑修復(fù)三氯乙烯的試驗(yàn)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I量取初始濃度為10mg/L左右TCE溶液于120. OOmL于的錐形瓶中,用0. lmol/L鹽酸溶液和0. Imol/LNaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為6. 8左右,投加I. 8g復(fù)合型高錳酸鉀緩釋體(緩釋體兩端用石蠟密封,含0. 5gKMn04),進(jìn)行氧化,恒溫25°C條件下振蕩,使包覆型高錳酸鉀與TCE充分接觸,定時(shí)取樣,用硫代硫酸鈉猝滅避免高錳酸鉀繼續(xù)與TCE反應(yīng),最后將樣品用0. 45 μ m的水系濾膜過濾到自動(dòng)進(jìn)樣瓶中放入液相色譜儀測剩余TCE濃度。研究復(fù)合型高錳酸鉀緩釋體去除TCE的長效性,如圖I所示。高錳酸鉀持續(xù)釋放10個(gè)周期。反應(yīng)進(jìn)行了 10個(gè)周期后,復(fù)合高錳酸鉀對TCE仍有很高的去除能力,去除率接近100%。但從去除TCE所需的時(shí)間來看,從第I周期所需的I. 5h到第10周期的12小時(shí),所需的時(shí)間越來越長。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行,消耗越來越多的高錳酸鉀,緩釋體里面的剩余的高錳酸鉀也隨著擴(kuò)散路徑的增長而越來越慢地釋放出來。實(shí)施例2配合圖2所示,反應(yīng)槽的總長度140cm,寬為40cm,高45cm。材質(zhì)為普通玻璃。整個(gè)反應(yīng)槽分為五個(gè)功能區(qū)(I) I區(qū)為進(jìn)水池,尺寸為10X40X45cm ;(2) II區(qū)為模擬含水層污染區(qū),尺寸為20X40X45cm,由40_70目的硅砂填充,填充高度為35cm,硅砂的基本性質(zhì)如表4-2所示;(3) III區(qū)為化學(xué)反應(yīng)墻(PRB),尺寸為4X40X45cm,材質(zhì)為亞力克板,兩側(cè)壁各有16個(gè)直徑為8_的孔洞。整個(gè)PRB可以抽出更換里面的介質(zhì),操作簡單方便,從而解決了當(dāng)PRB失效時(shí)更換活性介質(zhì)的問題。(4) IV區(qū)為砂土區(qū),尺寸為96X40X45cm,由40-70目的硅砂裝填,裝填高度為35cm,在該區(qū)高錳酸鉀可以充分地與污染物反應(yīng)。
(5) V區(qū)為出水池,尺寸為10X40X45cm。在線稀釋高濃度TCE的方法配制進(jìn)水TCE溶液。先將TCE溶液通入砂槽7天,直至反應(yīng)槽中的砂子達(dá)到吸附飽和,且各深度的TCE濃度基本穩(wěn)定在O. 5-2. Omg/L的范圍。第8天將可移動(dòng)的裝有復(fù)合型高錳酸鉀緩釋體的PRB放入槽中,開始對TCE的去除,并通過出水端的出水口,保持一定的水頭,從而控制反應(yīng)槽的水流速度在71. 4厘米/天,水流流經(jīng)反應(yīng)槽的時(shí)間需要約2天,這保證了高錳酸鉀與TCE有充分接觸的時(shí)間。用恒流泵控制進(jìn)水流量在25ml/min,連續(xù)進(jìn)水,每隔24小時(shí)在出水點(diǎn)取樣一次,測定TCE濃度。如圖3所示,出水的TCE濃度從第I天到第7天是個(gè)逐漸增加到穩(wěn)定在一個(gè)濃度范圍,第8天TCE濃度逐漸減少,到第10天100%去除,直至修復(fù)33天,TCE仍維持100%去除率。這說明復(fù)合型高錳酸鉀緩釋體能有效地用于地下水TCE污染的原位修復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種氯代烯烴污染土壤和地下水的原位化學(xué)氧化修復(fù)方法,其特征在于先在反應(yīng)槽中安置滲透反應(yīng)墻內(nèi),滲透反應(yīng)墻內(nèi)橫向擺放復(fù)合型高錳酸鉀緩釋體,復(fù)合型高錳酸鉀緩釋劑是依下述方法制備而成先將石蠟放入容器中,加熱至完全熔化,把硅砂倒入攪拌均勻,待硅砂被石蠟完全浸潤后,加入高錳酸鉀粉末,攪拌均勻,趁熱快速倒入模具,搗實(shí),冷卻成型,即制得高錳酸鉀緩釋體;再在線稀釋高濃度TCE液,使氯代烯烴濃度維持在0-100mg/L之間,控制反應(yīng)槽的TCE液流動(dòng)速度在10-80厘米/天,使TCE液流從反應(yīng)槽的進(jìn)水端流入,流經(jīng)滲透反應(yīng)墻,從反應(yīng)槽的出水端流出,完成水處理。
2.如權(quán)利要求I所述的一種氯代烯烴污染土壤和地下水的原位化學(xué)氧化修復(fù)方法,其特征在于所述復(fù)合型高錳酸鉀緩釋劑制備時(shí),石蠟和硅砂質(zhì)量比例在1:1-1:20之間,高猛酸鉀的質(zhì)量百分含量在0-33%之間。
3.如權(quán)利要求I所述的一種氯代烯烴污染土壤和地下水的原位化學(xué)氧化修復(fù)方法,其特征在于所述滲透反應(yīng)墻的水流速度為10-80厘米/天。
4.如權(quán)利要求I所述的一種氯代烯烴污染土壤和地下水的原位化學(xué)氧化修復(fù)方法,其特征在于所述在線稀釋高濃度TCE液是用一臺(tái)蠕動(dòng)泵以5ml/min的流速輸送高濃度TCE液,用另一臺(tái)蠕動(dòng)泵以20ml/min的流速輸送自來水,用攪拌器使兩種溶液混合均勻,然后用恒流泵控制進(jìn)水流量在25ml/min,連續(xù)進(jìn)水,使各深度的TCE濃度基本穩(wěn)定在0-100mg/L的范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開一種氯代烯烴污染土壤和地下水的原位化學(xué)氧化修復(fù)方法,先在反應(yīng)槽中安置滲透反應(yīng)墻內(nèi),滲透反應(yīng)墻內(nèi)橫向擺放復(fù)合型高錳酸鉀緩釋體,復(fù)合型高錳酸鉀緩釋劑是由石蠟、硅砂和高錳酸鉀制得;再在線稀釋高濃度TCE液,使氯代烯烴濃度維持在0~100mg/L之間,控制反應(yīng)槽的TCE液流動(dòng)速度在71.4厘米/天,使TCE液流從反應(yīng)槽的進(jìn)水端流入,流經(jīng)滲透反應(yīng)墻,從出水端流出,完成水處理。本發(fā)明用于水處理時(shí),2天后TCE去除率達(dá)100%,連續(xù)修復(fù)33天,去除率均保持在100%。本發(fā)明修復(fù)周期短、可長效修復(fù)、無二次污染;高錳酸鉀、石蠟和硅砂價(jià)廉易得;在合理成本前提下能達(dá)到良好的氯代烯烴處理效果,前景廣闊。
文檔編號B09C1/08GK102836867SQ20121031011
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者苑寶玲, 付明來, 曾秋生 申請人:華僑大學(xué)