一種微波協(xié)同過碳酸鈉修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地土壤的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地土壤的方法，具體涉及一種微波協(xié)同過碳酸鈉降解場(chǎng)地土壤有機(jī)污染物的方法，屬于有機(jī)污染場(chǎng)地土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移步伐的加快，出現(xiàn)了大批由石化廠、電鍍廠、焦化廠、鋼鐵廠和發(fā)電廠等企業(yè)關(guān)閉和搬迀導(dǎo)致的有機(jī)物污染的場(chǎng)地土壤。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2001年至2012年間，全國有10多萬家原本位于城市內(nèi)的高污染、高耗能企業(yè)逐漸搬出中心城區(qū)，在深圳、廣州、北京和重慶等城市開展的搬迀場(chǎng)地調(diào)查表明，大約有1/5甚至更多的搬迀場(chǎng)地被嚴(yán)重污染。2014年4月發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，在調(diào)查的81塊工業(yè)廢棄地中，主要有機(jī)污染物為多環(huán)芳烴(PAHs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)、鄰苯二甲酸酯(PAEs)，主要涉及化工業(yè)、礦業(yè)、冶金業(yè)等行業(yè)。這些場(chǎng)地中潛存的高風(fēng)險(xiǎn)有機(jī)污染土壤將成為人類“化學(xué)定時(shí)炸彈”，嚴(yán)重威脅人體健康和環(huán)境安全，是當(dāng)前亟需解決的土壤環(huán)境問題。
[0003]目前針對(duì)有機(jī)污染場(chǎng)地土壤的修復(fù)技術(shù)有植物/微生物修復(fù)技術(shù)、焚燒技術(shù)、氣相抽提、熱脫附技術(shù)、化學(xué)淋洗等，但植物/微生物修復(fù)技術(shù)修復(fù)周期長，不適合城市搬迀場(chǎng)地快速開發(fā)的需要;焚燒法易產(chǎn)生二次污染、且能耗較大;氣相抽提易產(chǎn)生拖尾效應(yīng)，尾氣凈化成本較高;熱脫附技術(shù)相關(guān)設(shè)備價(jià)格昂貴、脫附時(shí)間過長、處理成本過高;化學(xué)淋洗要求修復(fù)場(chǎng)地靠近水源，且需要處理廢水而增加成本。尋求節(jié)能高效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的有機(jī)物污染場(chǎng)地的修復(fù)方法已經(jīng)成為當(dāng)前土壤修復(fù)領(lǐng)域的重要課題。
[0004]化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)是一種快速而有效的有機(jī)污染物治理方法，它通過向污染土壤中添加化學(xué)氧化劑，使其同污染物發(fā)生反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)凈化土壤的目的。決定化學(xué)氧化修復(fù)能否成功的因素包括氧化劑的類型、氧化劑的用量以及氧化劑的投加方式等。目前常用的化學(xué)氧化劑有臭氧、過氧化氫、高錳酸鹽、Fenton試劑和過硫酸鹽，但臭氧和過氧化氫在地表存在的時(shí)間較短，且臭氧氧化修復(fù)需要鉆孔通氣;高錳酸鹽氧化能力相對(duì)較低，通常只用于含氯乙烯的降解，對(duì)其他的難降解有機(jī)污染物的作用有限，且會(huì)生成Μη02沉積物；Fenton試劑雖然具有相當(dāng)高的氧化性，但是其性質(zhì)不穩(wěn)定，易快速分解產(chǎn)生氧氣與大量熱量，與活化劑反應(yīng)的速度也非?？欤荒芨玫禺a(chǎn)生有效的羥基自由基(0H.);過硫酸鹽在常態(tài)下更穩(wěn)定、易溶于水、易傳質(zhì)，有廣泛的pH應(yīng)用范圍，但其在常溫下氧化效果不是特別明顯，需要通過光、熱、過度金屬等條件活化使其生成具有強(qiáng)氧化性的過硫酸基。
[0005]過碳酸鈉是一種由碳酸鈉和過氧化氫以氫鍵形成的復(fù)合物，無味、無毒，在水溶液中易水解，自發(fā)的釋放H202，并以親核的過氧陰離子(H02-)形式存在，能氧化有機(jī)物中的C=C，R-C00-R、苯環(huán)等官能團(tuán)，使有機(jī)物降解。過碳酸鈉以固體形式攜帶20?30%的H2O2，比液態(tài)H2O2更穩(wěn)定，更便于儲(chǔ)存與運(yùn)輸。過碳酸鈉溶于水后具有Fenton作用，且由于其pH的適用范圍更廣，所以對(duì)大量有機(jī)污染物具有降解作用。過碳酸鈉氧化后生成的碳酸鈉與水殘留于土壤和地下水中并不會(huì)產(chǎn)生污染。
[0006]微波因具有快速高效加熱、熱源與介質(zhì)不直接接觸、選擇性加熱、易于控制、無廢物生成等優(yōu)點(diǎn)被用于與化學(xué)氧化法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)污染物的降解和礦化。微波的偶極偏振機(jī)理使極性有機(jī)污染物在微波場(chǎng)中快速偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生能量熱解，而土壤本身為非極性物質(zhì)，微波并不能對(duì)其有熱效應(yīng)。利用微波與過碳酸鈉協(xié)同處理土壤有機(jī)污染物，微波對(duì)大多數(shù)土壤組分透明，選用的氧化劑過碳酸鈉本身及其被還原的產(chǎn)物無二次污染，有效耦合微波的非熱效應(yīng)(降低反應(yīng)活化能)與過碳酸鈉活性成分的強(qiáng)氧化效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的快速高效去除。
[0007]中國發(fā)明“一種有機(jī)污染土壤的修復(fù)方法”，申請(qǐng)?zhí)?01410628444.X公開了一種熱脫附處理有機(jī)污染土壤的方法，但是存在脫附時(shí)間長，處理成本高的問題；中國發(fā)明“修復(fù)有機(jī)氯污染土壤的方法”申請(qǐng)?zhí)?01010199555.5公開了一種微波超聲協(xié)同技術(shù)修復(fù)高濃度有機(jī)氯污染土壤的方法，效果單一，對(duì)其他有機(jī)污染物作用不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種快速降解土壤有機(jī)污染物的工藝，其工藝技術(shù)高效、易實(shí)施、無二次污染、去除效果好，克服現(xiàn)有原位修復(fù)氧化劑作用范圍單一、穩(wěn)定性不足、需要活化且活化能耗較高、使用過程中產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)。本發(fā)明的微波協(xié)同過碳酸鈉氧化工藝一方面通過微波場(chǎng)能加熱土壤中的極性物質(zhì)實(shí)現(xiàn)零梯度均勻加熱，土壤水分吸收微波，使土壤達(dá)到一定的溫度，同時(shí)土壤中存在的碳、磁鐵礦、碳化娃等吸波物質(zhì)加熱后形成“熱點(diǎn)”并將熱量就近傳導(dǎo)至附近的污染物質(zhì)。相較于一般的電熱棒加熱，微波加熱更有選擇性、針對(duì)性、速率快。另一方面，在土壤中加入過碳酸鈉溶液，在微波輻照作用下過碳酸鈉能形成類Fenton反應(yīng)體系，產(chǎn)生.0H快速氧化有機(jī)污染物，從而協(xié)同發(fā)揮微波的熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)(降低反應(yīng)活化能)與過碳酸鈉的(類)Fenton催化氧化效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)土壤難降解有機(jī)污染物的快速高效降解。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種微波協(xié)同過碳酸鈉修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地土壤的方法，包括如下步驟:
(1)配制質(zhì)量濃度為5?10%的過碳酸鈉溶液；
(2 )將過碳酸鈉溶液按照質(zhì)量比為1:1?2的比例加入到10?15mg/kg鄰苯二甲酸酯污染土壤中，充分混合，攪拌均勻；
(3)將混合料置于變頻式微波反應(yīng)器中，設(shè)定溫度為60?80°C，持續(xù)攪拌反應(yīng)20?30分鐘；
(4)取出混合料測(cè)定土壤中鄰苯二甲酸酯濃度，鄰苯二甲酸酯去除率達(dá)40%以上。 本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明選用的氧化劑過碳酸鈉氧化性受pH影響較小、價(jià)格低廉，其本身及其被還原的產(chǎn)物無二次污染，微波對(duì)大多數(shù)土壤組分透明，無溫度梯度和滯后效應(yīng)，能量以電磁波的形式傳遞，具有極高的轉(zhuǎn)換效率，能耗低；
2.本發(fā)明方法使微波熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)與過碳酸鈉的強(qiáng)氧化效應(yīng)協(xié)同作用，極大提高有機(jī)物的降解速率，處理時(shí)間大大縮短，操作簡單，能夠連續(xù)規(guī)模處理，易于工業(yè)化生產(chǎn)，無二次污染，適用于鄰苯二甲酸酯、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等有機(jī)污染土壤。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，這些實(shí)例僅用來說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的范圍；
實(shí)施例1
(1)稱量1.0g過碳酸鈉，加入10ml蒸餾水，溶解混勻；
(2)將過碳酸鈉溶液加入到10g濃度為10mg/kg的鄰苯二甲酸酯污染土壤中，充分混合；
(3)將混合料放入變頻式微波反應(yīng)器中，設(shè)定溫度為80°C，持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘；
(4)取出混合料測(cè)定土壤鄰苯二甲酸酯濃度，鄰苯二甲酸酯濃度由10mg/kg下降到5.65mg/kg去除率達(dá)43.5 %以上。
[0011]實(shí)施例2
(1)稱量1.0g過碳酸鈉，加入10ml蒸餾水，溶解混勻；
(2)將過碳酸鈉溶液加入到20g濃度為15mg/kg的鄰苯二甲酸酯污染土壤中，充分混合；
(3)將混合料放入變頻式微波反應(yīng)器中，設(shè)定溫度為70°C，持續(xù)攪拌反應(yīng)30分鐘；
(4)取出混合料測(cè)定土壤鄰苯二甲酸酯濃度，鄰苯二甲酸酯濃度由15mg/kg下降到8.28mg/kg去除率達(dá)44.8 %以上。
[0012]實(shí)施例3
(1)稱量0.5g過碳酸鈉，加入10ml蒸餾水，溶解混勻；
(2)將過碳酸鈉溶液加入到10g濃度為10mg/kg的鄰苯二甲酸酯污染土壤中，充分混合；
(3)將混合料放入變頻式微波反應(yīng)器中，設(shè)定溫度為60°C，持續(xù)攪拌反應(yīng)30分鐘；
(4)取出混合料測(cè)定土壤鄰苯二甲酸酯濃度，鄰苯二甲酸酯濃度由10mg/kg下降到5.96mg/kg去除率達(dá)40.4%以上。
[0013]實(shí)施例4
(1)稱量1.0g過碳酸鈉，加入10ml蒸餾水，溶解混勻；
(2)將過碳酸鈉溶液加入到20g濃度為12mg/kg的鄰苯二甲酸酯污染土壤中，充分混合；
(3)將混合料放入變頻式微波反應(yīng)器中，設(shè)定溫度為70°C，持續(xù)攪拌反應(yīng)25分鐘；
(4)取出混合料測(cè)定土壤鄰苯二甲酸酯濃度，鄰苯二甲酸酯濃度由12mg/kg下降到6.18mg/kg去除率達(dá)48.5 %以上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微波協(xié)同過碳酸鈉修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地土壤的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)配制過碳酸鈉溶液； (2 )將過碳酸鈉溶液按照質(zhì)量比為1:1?2的比例加入到10?15mg/kg鄰苯二甲酸酯污染土壤中，充分混合，攪拌均勻； (3)將混合料置于變頻式微波反應(yīng)器中，持續(xù)攪拌反應(yīng)20?30分鐘； (4)取出混合料測(cè)定土壤中鄰苯二甲酸酯濃度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波協(xié)同過碳酸鈉修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地土壤的方法，其特征在于:步驟(1)所述過碳酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為5?10%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波協(xié)同過碳酸鈉修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地土壤的方法，其特征在于:步驟(3)所述變頻式微波反應(yīng)器設(shè)定溫度為60?80°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波協(xié)同過碳酸鈉修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地土壤的方法，其特征在于:步驟(4)所述測(cè)定土壤中鄰苯二甲酸酯濃度要求鄰苯二甲酸酯去除率達(dá)40%以上。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微波協(xié)同過碳酸鈉修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地土壤的方法，屬于有機(jī)污染場(chǎng)地土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域；本方法具體包括配制質(zhì)量濃度為5～10%的過碳酸鈉溶液，將過碳酸鈉溶液按照質(zhì)量比為1:1～2的比例加入到10～15mg/kg鄰苯二甲酸酯污染土壤中，充分混合，攪拌均勻，將混合料置于變頻式微波反應(yīng)器中，設(shè)定溫度為60～80℃，持續(xù)攪拌反應(yīng)20～30分鐘，取出混合料測(cè)定土壤中鄰苯二甲酸酯濃度，鄰苯二甲酸酯去除率達(dá)40％以上；本發(fā)明的土壤修復(fù)方法技術(shù)高效、易實(shí)施、無二次污染、去除效果好，適用于鄰苯二甲酸酯、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等有機(jī)污染土壤。
【IPC分類】B09C1/08, B09C1/06
【公開號(hào)】CN105457996
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510949255
【發(fā)明人】林親鐵, 彭遠(yuǎn)鋒, 陳志良, 鄭友平, 尹光彩, 劉千鈞
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月18日