CN115672968A - 一种超声强化电动修复菲污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声强化电动修复菲污染土壤的方法，具有以下步骤：(1)、将菲污染土壤置于电动修复装置的土壤样品室中，通过添加0.01mol/L NaCl溶液充分浸润土壤24h，达到水土平衡,之后向电动修复装置的阳极室中加入氧化剂和表面活性剂；(2)、将两个超声探头分别插入土壤中心两侧产生超声波，启动直流电源与超声电源进行超声强化电动修复菲污染土壤。本发明利用超声强化电动修复+高级氧化与表面活性剂的组合处理方式，有效地提高了电动修复菲污染的去除效率、增强氧化剂的传递以及氧化能力，提高了菲在土壤中的解吸能力，实现对低渗透性有机污染土壤良好的修复效果。
Description
技术领域
本发明涉及有机污染土壤的修复技术领域，尤其是一种超声强化电动修复菲污染土壤的方法。
背景技术
多环芳烃(PAHs)作为一种典型的有机污染物普遍存在于空气中，主要通过自然火灾、煤炭以及石油燃料等的不完全燃烧所产生。而一旦进入土壤中，由于其强疏水性与持久性，它们会长期存留在土壤中。
在已知的土壤修复技术中，原位高级氧化因其快速高效而到广泛关注，虽然氧化剂对污染物的去除能力极强，但由于土壤的低渗透性，氧化剂的传递存在一定的局限性。因此有研究指出，在土壤两端增设直流电场通过电渗流、电迁移等方式将氧化剂传递到土壤其他位置，增强与污染物的接触能够提高去除率。因此，电动联合氧化剂是修复低渗透性有机污染土壤的一种有效方法。而对于PAHs，由于其强疏水性，在土壤中大多以吸附态存在，这使得电渗流的效果微乎其微。因此，需要通过一些技术来提高多环芳烃的溶解性，例如添加表面活性剂通过其胶束增溶作用将多环芳烃从吸附态转换为溶解态，并通过电渗流迁移出土壤。另一方面，超声波在土壤修复中的应用日益广泛。在受污染的土壤中增加超声波能量可以通过空化作用增加污染物的解吸以及土壤孔隙率和渗透性。此外超声能够活化氧化剂产生更强的氧化自由基、其自身也能产生强氧化自由基来去除有机污染物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种超声强化电动修复菲污染土壤的方法，以提高电动修复菲污染的去除效率、增强氧化剂的传递以及氧化能力、提高菲在土壤中的解吸能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声强化电动修复菲污染土壤的方法，具有以下步骤：
(1)、将菲污染土壤置于电动修复装置的土壤样品室中，通过添加0.01mol/L NaCl溶液充分浸润土壤24h，达到水土平衡,之后向电动修复装置的阳极室中加入氧化剂和表面活性剂；
(2)、将两个超声探头分别插入土壤中心两侧产生超声波，启动直流电源与超声电源进行超声强化电动修复菲污染土壤。
优选地，所述的步骤1中，菲污染土壤浓度为300-500mg/kg。
具体说，所述的步骤1中的氧化剂为过硫酸钠或过氧化氢或高锰酸钾中的任意一种；表面活性剂为吐温80或曲拉通X-100或鼠李糖脂中的任意一种。
进一步说，所述的氧化剂为过硫酸钠，浓度为10mmol/L；表面活性剂为吐温80，浓度为10g/L。
优选地，所述的步骤2中电动修复的电压梯度为1.5V/cm，超声探头的工作功率为100W，超声探头产生的振动频率为30-50KHz，工作时间为10min/次。
优选地，所述的电动修复装置中的电极材料为惰性石墨电极，电动修复时间为10d。
本发明的有益效果是：本发明利用超声强化电动修复+高级氧化与表面活性剂的组合处理方式来增强菲污染土壤的去除效率。
(1)、表面活性剂的添加使得更多的菲从土壤中解吸出来并通过电渗流与电迁移等机制迁移出土壤柱，此外Na2S2O8向土壤中的传输与扩散增加了其与土壤中菲的接触范围与时间，大大提高了菲的去除效率。
(2)、在土壤中设置超声探头，一方面可以通过其产生的超声波能量将电渗过程中在土壤孔隙形成的液膜和气泡机械振动破坏掉，从而增加孔隙溶液流动的空间，增强电渗流；另一方面超声波产生的空化作用能够显著提高菲在土壤中的解吸能力，并能与表面活性剂的胶束增溶作用共同增强电动修复菲污染的去除。
(3)、利用超声探头产生的超声波，还能活化Na2S2O8产生氧化性能更强的硫酸根自由基(SO4 -·)，其自身也能产生强氧化自由基以此来氧化去除土壤中的菲。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明采用的电动修复装置的结构示意图。
图中：1.直流电源，2.阳极室，3.阴极室，4.惰性石墨电极，5.惰性石墨电极，6.土壤修复室，7.超声电源，8.超声探头，9.超声探头。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种超声强化电动修复菲污染土壤的方法所采用的电动修复装置的结构示意图。
该电动修复装置包括使用亚克力材质的有机玻璃制成的实验箱体，实验箱体的左侧为阳极室2、右侧为阴极室3，阳极室2与阴极室3之间为土壤修复室6，实验箱体外设有直流电源1和超声电源7，阳极室2内放置有惰性石墨电极4，阴极室3内放置有惰性石墨电极5，土壤修复室6从左到右分为S1～S5五个部分，用于实验后的数据检测。惰性石墨电极4和惰性石墨电极5分别连接直流电源1两端，工作时直流电源1向惰性石墨电极4和惰性石墨电极5两端施加1.5V/cm的电压梯度。在土壤中心两侧分别安装有一个超声探头8和超声探头9，超声探头8和超声探头9分别与超声电源7电连接产生超声波，超声波最大功率为100W,振动频率最大为50KHz。
实施例1：
菲污染土壤的配置：称取0.500g纯度为97％的菲溶解在丙酮中，再称取1kg原土与配好的菲溶液混合均匀，之后放在通风厨3d，在此期间每天充分搅拌三次以保证将多余丙酮挥发掉，最后将制备好的菲混合泥浆老化60d。
电动实验：首先将配置好的菲污染土壤置于土壤修复室6中，并向阳极室2和阴极室3内分别添加0.01mol/L的NaCl溶液充分浸润土壤1d，得到饱和菲污染湿土壤；在阳极室2内添加10mmol/L的Na2S2O8溶液进行电动修复，电动修复时间为10d；同时打开超声电源7，超声探头8和超声探头9的超声工作功率为100W，振荡频率为50KHz，工作时间为10min/次。第一天每六小时超声工作一小时，超声3h；之后每天工作一小时，总共超声10d。电动修复结束后，关闭直流电源1和超声电源7，取出土壤进行冷冻干燥-超声萃取进行菲含量的测定，测得菲的平均去除率为55.38％。
对比例1：
对比例1与实施例1的区别在于，没有启动超声探头8和超声探头9，其余条件不变。
实施例2：
菲污染土壤的配置：称取0.500g纯度为97％的菲溶解在丙酮中，再称取1kg原土与配好的菲溶液混合均匀，之后放在通风厨3d，在此期间每天充分搅拌三次以保证将多余丙酮挥发掉，最后将制备好的菲混合泥浆老化60d。
电动实验：首先将配置好的菲污染土壤置于土壤修复室6中，并向阳极室2和阴极室3内分别添加0.01mol/L的NaCl溶液充分浸润土壤1d，得到饱和菲污染湿土壤；将10g/L的Tween80溶液加入阳极室2进行电动修复，电动修复时间为10d；同时打开超声电源7，超声探头8和超声探头9的超声工作功率为100W，振荡频率为50KHz，工作时间为10min/次。第一天每六小时超声工作一小时，超声3h；之后每天工作一小时，总共超声10d。电动修复结束后，关闭直流电源1和超声电源7，取出土壤进行冷冻干燥-超声萃取进行菲含量的测定，测得菲的平均去除率为59.27％。
对比例2：
对比例2与实施例2的区别在于，没有启动超声探头8和超声探头9，其余条件不变。
实施例3：
菲污染土壤的配置：称取0.500g纯度为97％的菲溶解在丙酮中，再称取1kg原土与配好的菲溶液混合均匀，之后放在通风厨3d，在此期间每天充分搅拌三次以保证将多余丙酮挥发掉，最后将制备好的菲混合泥浆老化60d。
电动实验：首先将配置好的菲污染土壤置于土壤修复室6中，并向阳极室2和阴极室3内分别添加0.01mol/L的NaCl溶液充分浸润土壤1d，得到饱和菲污染湿土壤；先将10g/L的Tween80溶液加入阳极室2进行电动修复，24h后再向阳极室2添加10mmol/L Na2S2O8溶液继续电解，电动修复时间为10d；同时打开超声电源7，超声探头8和超声探头9的超声工作功率为100W，振荡频率为50KHz，工作时间为10min/次。第一天每六小时超声工作一小时，超声3h；之后每天工作一小时，总共超声10d。电动修复结束后，关闭直流电源1和超声电源7，取出土壤进行冷冻干燥-超声萃取进行菲含量的测定，测得菲的平均去除率为80.18％。
以上实例方案详见表1。
表1
根据实施例1与对比例1超声强化电动修复菲污染的去除效果而言，实施例1中在超声强化后的电动过硫酸盐修复菲污染土壤试验中，菲的去除率能达到55.38％，这比未超声处理的对比例1中菲的去除率(29.33％)要高出许多，这是由于超声波产生的空化作用能够显著提高菲在土壤中的解吸能力,促使土壤中更多的吸附态菲转化为溶解态菲，这使得电渗流传输过来的Na2S2O8能够与更多的菲接触反应进行原位降解，提高菲的去除率。此外超声还能活化Na2S2O8产生氧化性能更强的硫酸根自由基(SO4 -·)，其自身也能产生强氧化自由基来氧化去除土壤中的菲。
根据实施例2中超声强化后的电动表面活性剂修复菲污染试验中，菲的去除率达到了59.27％，这比未超声下的对比例2中菲的去除率(37.5％)要高出些许，这是因为超声波产生的空化作用能够显著提高菲在土壤中的解吸能力，并能与Tween80溶液产生的胶束增溶作用共同增强电动修复菲污染的去除。此外表面活性剂在电动修复下会产生发泡现象，从而堵塞土壤孔隙，然而超声波能量的加入能将电渗过程中在土壤孔隙形成的液膜和气泡机械振动破坏掉，从而增加孔隙溶液流动的空间，增强电渗流，从而提高菲的去除率。
实施例3结合了实施例1和2的方案，在阳极室2中添加了Tween80溶液与Na2S2O8溶液，并通过超声强化进行电动修复菲污染土壤，菲的去除率达到了80.18％。这是由于超声、Tween80与Na2S2O8三者产生的协同作用，表面活性剂负责将更多的吸附态菲转移到其产生的胶束空腔内，Na2S2O8负责将其氧化去除。超声则负责与表面活性剂一起强化菲在土壤中的解吸能力；破坏表面活性剂在土壤中产生的液泡现象，增强孔隙的可利用率；其次能够活化Na2S2O8，产生氧化能力更强的硫酸根自由基(SO4 -·)与胶束空腔内的溶解态菲发生反应。从最大程度的提高菲的去除率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种超声强化电动修复菲污染土壤的方法，其特征是：具有以下步骤：
(1)、将菲污染土壤置于电动修复装置的土壤样品室中，通过添加0.01mol/L NaCl溶液充分浸润土壤24h，达到水土平衡,之后向电动修复装置的阳极室中加入氧化剂和表面活性剂；
(2)、将两个超声探头分别插入土壤中心两侧产生超声波，启动直流电源与超声电源进行超声强化电动修复菲污染土壤。
2.如权利要求1所述的超声强化电动修复菲污染土壤的方法，其特征是：所述的步骤1中，菲污染土壤浓度为300-500mg/kg。
3.如权利要求1所述的超声强化电动修复菲污染土壤的方法，其特征是：所述的步骤1中的氧化剂为过硫酸钠或过氧化氢或高锰酸钾中的任意一种；表面活性剂为吐温80或曲拉通X-100或鼠李糖脂中的任意一种。
4.如权利要求3所述的超声强化电动修复菲污染土壤的方法，其特征是：所述的氧化剂为过硫酸钠，浓度为10mmol/L；表面活性剂为吐温80，浓度为10g/L。
5.如权利要求1所述的超声强化电动修复菲污染土壤的方法，其特征是：所述的步骤2中电动修复的电压梯度为1.5V/cm，超声探头的工作功率为100W，超声探头产生的振动频率为30-50KHz，工作时间为10min/次。
6.如权利要求1所述的超声强化电动修复菲污染土壤的方法，其特征是：所述的电动修复装置中的电极材料为惰性石墨电极，电动修复时间为10d。
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