一种用于修复有机污染土壤的电动扩散-电加热耦合方法技术

本发明专利技术涉及土壤原位修复技术领域，公开了一种用于修复有机污染土壤的电动扩散

【技术实现步骤摘要】
一种用于修复有机污染土壤的电动扩散
‑
电加热耦合方法


[0001]本专利技术涉及土壤原位修复
，具体是涉及一种用于修复有机污染土壤的电动扩散
‑
电加热耦合方法。

技术介绍

[0002]多环芳烃类是土壤中一类典型的有机污染物；多环芳烃是指两个以上苯环连在一起的化合物如萘、蒽、苊、菲、苯并芘、苯并蒽、苯并荧蒽等，是一类惰性较强的碳氢化合物，也是强致癌物质，长期接触这类物质可能诱发皮肤癌、阴囊癌和肺癌等；残留在土壤中的多环芳烃，不仅影响土壤的正常功能，降低土壤环境质量，而且还可以通过生物富集进入食物链，危及人体健康。
[0003]原位化学氧化技术由于高效、快速和实施方便，成为地下水和土壤修复的主要方法近年来，基于硫酸根的高级氧化技术应用于地下水及土壤中有机污染物的治理，越来越受到学术界和工业界的关注和重视。其由过硫酸盐(S2O
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)通过加热、光照、过渡金属离子、碱等活化产生。
[0004]在实际生产应用中，制约过硫酸盐处理效率、效果的关键因素和难点有两个：第一，如何使化学氧化剂向污染土壤中快速、有效迁移，从而与土壤中污染物充分接触，在低渗透性的土壤中，这是最重要的制约因素；第二，当过硫酸盐迁移到目标污染区域以后，化学氧化剂不能有效活化产生活性更强的硫酸根自由基。基于上述两点导致现有技术提供的过硫酸盐原位修复技术对土壤的处理效率低下，不能够工业化大面积推广应用，。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：解决化学氧化剂在土壤中迁移慢，扩散面积小的问题；使化学药剂能够有效活化进而对土壤污染物进行处理，使整个修复效率大大提升。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种用于修复有机污染土壤的电动扩散
‑
电加热耦合方法，包括以下步骤：
[0007]S1：布置电极
[0008]确定污染土壤区域，对受污染土壤区域喷洒水，直至含水率为25～35％；在受污染土壤区域内均匀插入负电极；在所述负电极两侧均对应插入正电极，在所述负电极之间均匀设有插入土壤深度为10～15cm的加药管；
[0009]其中，正负电极间距40～60cm；相邻负电极以及相邻正电极之间均间隔12～18cm；正电极、负电极插入土壤深度均为30～90cm；
[0010]S2：电动扩散
[0011]先向步骤S1的土壤中加入NaCl溶液作为电解质；然后通过加药管向土壤中加入NaS2O8溶液作为氧化剂；然后采用正电极、负电极向土壤通入直流电；直流电的电场强度为1～3V/cm，电场电压为100～200V；直流电动扩散时间持续24～48h；
[0012]其中NaS2O8溶液的质量浓度为5～15％；NaS2O8溶液的加入量与土壤质量比为0.1
～0.3：1；NaCl溶液的质量浓度为40～60g/L，NaCl溶液的加入量与土壤质量比为0.1～0.2:1；
[0013]S3：电加热耦合
[0014]将步骤S2中的直流电转换为220V交流电进行电加热耦合，使土壤温度为40℃～80℃；
[0015]修复的处理时间为48～60h，期间每间隔6～8h向土壤表面均匀喷洒质量浓度为10～15％的FeSO4溶液；每平方米土壤表面FeSO4溶液的喷洒量为0.6～1.2L。
[0016]进一步地，所述负电极为石墨棒；所述正电极为钛网。由于土壤中的阴离子需要从负极迁移扩散到正极，通过钛网的设置能够增大与土壤的接触面积，从而使得氧化剂能够得到有效扩散，提高扩散速度。
[0017]进一步地，步骤S2电动扩散在加入NaS2O8溶液时同时加入复合活化剂；复合活化剂的制备过程为：
[0018](1)制备改性的纳米碳管：将纳米碳管加入到质量浓度为40～58％的硫酸溶液中，以120～160r/min的转速搅拌10～18min至碳纳米管完全浸没并与硫酸溶液中充分混合，然后超声30～60min，静置3～6h后获得改性碳纳米管；
[0019](2)改性碳纳米管的清洗与干燥：对得到的改性碳纳米管进行抽滤，抽滤时采用去离子水清洗3～5次，然后在60～80℃下干燥；
[0020](3)复合活化剂的合成：将CaO纳米粉末、干燥后的改性碳纳米管按照质量比1:1～2混合，以60～120r/min的转速初步搅拌20～30min后，将混合粉末加入到质量浓度为22～36％的双氧水中，混合粉末与双氧水的配比为36～64g：100ml；然后在25～32℃下以58～68kHz的频率超声处理30～60min，得到复合活化剂。
[0021]纳米活性炭管通过硫酸溶液的改性能够增强其表面积，具有催化中心点位多的特点；通过纳米活性炭对氧化钙活化剂的负载，在进入土壤后不仅能够产生较强的活化作用，还能够对有机物进行吸附，大大提高对有机污染物的修复质量和修复效率。
[0022]进一步地，NaS2O8溶液与复合活化剂的体积比为1：0.6～0.8。上述比例的配比能够使得NaS2O8溶液在扩散后有效活化，产生大量的硫酸根自由基，结合氢氧根实现对有机物的高效处理。
[0023]进一步地，在步骤S1中插入电极后，向受污染土壤中加入HCl调节受污染土壤的pH为4.5～7。通过对土壤pH进行调节能够进一步优化过硫酸钠对土壤的处理效果，提高过硫酸根的迁移速度，提高扩散面积。
[0024]进一步地，CaO粉末与土壤中NaS2O8的质量比为1：1.5～3。通过上述比例的CaO粉末能够同时促进氢氧根的产生，从而提高土壤中芘、菲等有机污染物的降解率。
[0025]进一步地，在步骤S3电加热耦合，还向土壤中均匀插入加热棒，通过电加热棒使土壤温度为40℃～80℃。通过加热棒能够使得土壤温度尽可能的匀一，避免热量聚集，导致热量扩散不均匀，使得过硫酸根不能有效活化；因此通过加热棒能够使得土壤温度可控性增强，使得过硫酸根有效活化，提高对有机污染物的处理质量。
[0026]进一步地，步骤S3电加热耦合中加入的FeSO4溶液经过络合处理；
[0027]络合处理的过程为：向FeSO4溶液中加入柠檬酸，使溶液中的Fe
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与柠檬酸的摩尔比为4～6:1；在25～35℃温度条件下以150～200r/min的转速搅拌4～6h。
[0028]通过柠檬酸对FeSO4的络合处理能够进一步优化对多环芳烃的处理质量，进一步提升对有机污染物处理效率。
[0029]本专利技术的有益效果是：提供了一种用于修复有机污染土壤的电动扩散
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电加热耦合方法，通过电动扩散能够解决化学氧化剂在土壤中迁移慢，扩散面积小的问题；通过电加热耦合能够使化学药剂有效活化，进而对土壤中的多环芳烃进行处理，使整个修复效率大大提升；本专利技术通过在电加热耦合过程中加入FeSO4溶液、CaO粉末能够在土壤中产生大量的氢氧根自由基，氢氧根自由基半衰期寿命小于10
‑4s，因此能够快速就近对多环芳烃进行氧化，产生的硫酸根自由基半衰期寿命为4s，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于修复有机污染土壤的电动扩散
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电加热耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：布置电极确定污染土壤区域，对受污染土壤区域喷洒水，直至含水率为25～35％；在受污染土壤区域内均匀插入负电极；在所述负电极两侧均对应插入正电极，在所述负电极之间均匀设有插入土壤深度为10～15cm的加药管；其中，正负电极间距40～60cm；相邻负电极以及相邻正电极之间均间隔12～18cm；正电极、负电极插入土壤深度均为30～90cm；S2：电动扩散先向步骤S1的土壤中加入NaCl溶液作为电解质；然后通过加药管向土壤中加入NaS2O8溶液作为氧化剂；然后采用正电极、负电极向土壤通入直流电；直流电的电场强度为1～3V/cm，电场电压为100～200V；直流电动扩散时间持续24～48h；其中NaS2O8溶液的质量浓度为5～15％；NaS2O8溶液的加入量与土壤质量比为0.1～0.3：1；NaCl溶液的质量浓度为40～60g/L，NaCl溶液的加入量与土壤质量比为0.1～0.2:1；S3：电加热耦合将步骤S2中的直流电转换为220V交流电进行电加热耦合，使土壤温度为40℃～80℃；修复的处理时间为48～60h，期间每间隔6～8h向土壤表面均匀喷洒质量浓度为10～15％的FeSO4溶液；每平方米土壤表面FeSO4溶液的喷洒量为0.6～1.2L。2.根据权利要求1所述的一种用于修复有机污染土壤的电动扩散
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电加热耦合方法，其特征在于，所述负电极为石墨棒；所述正电极为钛网。3.根据权利要求1所述的一种用于修复有机污染土壤的电动扩散
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电加热耦合方法，其特征在于，步骤S2电动扩散在加入NaS2O8溶液时同时加入复合活化剂；复合活化剂的制备过程为：(1)制备改性的纳米碳管：将纳米碳管加入到质量浓度为40～58％的硫酸溶液中，以120～160r/min的转速搅拌10～18min至碳纳米管完全浸没并与硫酸溶液中充分混合，然后超声30～60min，静置3～6h后获得改性碳纳米管；(2)改性碳纳米管的清洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国强，张亚，徐建，王荐，李旭伟，胡哲伟，牟婷婷，
申请(专利权)人：生态环境部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：