高新铬污染土壤的电动原位修复技术与流程

高新铬污染土壤的电动原位修复技术与流程

1.本发明属于重金属污染土壤修复技术领域,特别是涉及一种铬污染土壤的电动原位修复方法。

背景技术:

2.在我国经济发展和城市化进程过程中,很多工业用地的性质变更为居住和公共用地,其中包含了重金属铬污染场地。为了保证公众的居住和用地安全,这些铬污染场地的土壤需要采取一定的技术手段进行修复以去除污染物。
3.污染土壤中的铬通常以三价和六价两种稳定价态存在,其中三价铬毒性较低,而六价铬毒性高,具有致癌性,可通过呼吸道和皮肤渗透等途径干扰人体蛋白的酶系统造成健康伤害。目前铬污染土壤的修复技术路线主要有两条,包括改变铬元素的价态和从土壤中去除铬元素。从土壤中去除铬元素的技术路线因为能从根本上解决铬污染土壤的危害而成为研究的热点;目前主要的修复技术包括植物修复、土壤淋洗、电动修复等,其中植物修复周期较长、土壤淋洗破坏土壤结构,电动原位修复则能够快速去除土壤中的铬元素而不破坏土壤结构,成为从污染土壤中去除铬元素的最吸引人的技术。
4.电动原位修复技术对于去除土壤中的阴离子污染物具有很好的效果,六价铬在土壤中主要以阴离子形式存在,包括cro
42-、hcr2o
7-、cr2o
72-等,这些阴离子易溶于水,迁移性好,对大多数土壤表面的吸附较弱,因此含六价铬的阴离子能够在土壤电动原位修复过程直接迁移到电极阳极而去除。但是阳离子形式的重金属污染物通常会强烈吸附到土壤颗粒表面,或形成难溶的沉淀物,三价铬离子即常以cr
3+
、cr(oh)
2+
、cr(oh)
2+
等阳离子被土壤颗粒吸附固定,其碳酸盐和氢氧化物均难溶于水,必须先将此类阳离子污染物从土壤颗粒表面解吸和从难溶沉淀中分离出来带入溶液,然后才能通过电动方式将其除去。因此,寻找合适的三价铬脱附剂成为电动原位修复铬污染土壤的难点。

技术实现要素:

5.针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种铬污染土壤的电动原位修复方法,该修复方法通过添加葡萄糖酸钠作为脱附剂与含三价铬的阳离子形成配位体,将三价铬从不溶物中和土壤颗粒表面释放进入溶液,在电场作用下发生迁移,从而实现从土壤中电动原位去除铬污染。
6.本发明是这样实现的,一种铬污染土壤的电动原位修复方法,包括步骤如下:
7.s1、调节铬污染土壤含水率至10%以上,使电极之间的孔隙水存在电连接;
8.s2、将二氧化碳气体通入铬污染土壤,提供厌氧环境,减少葡萄糖酸钠的生物降解;
9.s3、将葡萄糖酸钠溶液添加进铬污染土壤的电动修复阴极井;
10.s4、在置于铬污染土壤区域的两个电极上施加直流电流,对铬污染土壤电动原位修复;在电场作用条件下,葡萄糖酸根离子向阳极迁移,在迁移过程中与含三价铬的阳离子
形成配位体,从不溶沉淀物中或土壤颗粒表面分离出三价铬,从而除去铬污染土壤中的铬;
11.s5、向修复完成的土壤中添加双氧水,除去多余的葡萄糖酸钠。
12.在上述技术方案中,优选的,所述步骤s1中,调节铬污染土壤含水率,使其达到12%以上。
13.在上述技术方案中,优选的,所述步骤s2中,二氧化碳气体通入速率为0.1-1.0m3/h。
14.在上述技术方案中,进一步优选的,所述二氧化碳气体通入速率为0.5m3/h。
15.在上述技术方案中,优选的,所述步骤s3中,葡萄糖酸钠溶液浓度为0.01-0.1mol/l。
16.在上述技术方案中,进一步优选的,所述葡萄糖酸钠溶液浓度为0.05mol/l。
17.在上述技术方案中,优选的,所述步骤s4中,两个电极之间的电压梯度控制在2.0-4.0v/cm。
18.在上述技术方案中,进一步优选的,两个电极之间的电压梯度控制在3.0v/cm。
19.在上述技术方案中,优选的,所述步骤s5中,双氧水浓度为10%。
20.为了有效地分离三价铬,并在电场条件下实现铬污染物去除的目的,本发明通过添加脱附剂葡萄糖酸钠,使葡萄糖酸根离子与三价铬阳离子形成带负电的配位体,从而分离出沉淀物中和吸附在铬污染土壤表面的三价铬,同时葡萄糖酸钠能够与电极通电后产生的氢氧根离子中和,维持土壤接近中性的条件,避免电解导致土壤酸化的不良后果,也避免了通电后在阴极产生的h
+
和oh-传输大部分电流造成铬污染物迁移不足的现象发生。
21.电动原位修复适用于一定含水率的土壤系统,需要电极之间的孔隙水存在电连接。通过调控土壤中水分的含量,可以在保证土壤环境安全的条件下对铬污染土壤进行电动原位修复。发明人经过大量电动原位修复试验发现,在污染土壤平均水分含量为10%至土壤饱和持水量(土壤饱和持水量约为40-60%)条件下进行电动原位修复,能够从铬污染土壤中去除75-90%以上的铬。
22.本发明在电动原位修复之前和修复过程中向铬污染土壤中通入二氧化碳气体,一方面的作用是为了提供厌氧环境,保护脱附剂在分离三价铬的过程中不被生物降解,另一方面,二氧化碳溶于水后也可以部分溶解含三价铬的碳酸盐沉淀,加速三价铬的分离。实际操作过程中,二氧化碳的通入区域大于电动原位修复区域。
23.葡萄糖酸钠溶液从电极的阴极井注入,在电场作用下,葡萄糖酸根阴离子向电场阳极移动,在移动过程中遇到含三价铬的阳离子,二者结合形成阴离子络合物(见式(1)),然后继续向电场阳极迁移,最后在阳极附近的土壤中除去铬污染物,实现土壤修复;修复完成后,通过向修复后的土壤中添加双氧水,去除剩余的葡萄糖酸钠。
24.nc6h
11
o
7-+cr
3+

(c6h
11
o7)
n
cr
(n-3)-(n>3)
ꢀꢀꢀ
(1)
25.本发明经过试验发现,电动原位修复铬污染土壤时,电极之间所施加的电压与土壤含水率相关,对于非饱和土壤需要施加较高的电压,而饱和土壤需要施加的电压较低。总体而言,电极的电压梯度宜控制在2.0-4.0v/cm,优选3.0v/cm。
26.当铬污染土壤达到修复目标以后,停止脱附剂的添加,同时停止向土壤中通入二氧化碳,然后将双氧水注入修复完成后的土壤中,以有效地去除土壤中残留的脱附剂。
27.本发明经过试验发现,脱附剂必须对目标污染物具有选择性,并且不容易与非目
标阳离子(例如钙或镁)络合,而且该脱附剂必须易于氧化降解,以避免脱附剂对土壤造成二次污染。本发明经大量试验筛选出的葡萄糖酸钠作为脱附剂,可以提供葡萄糖酸根与含三价铬的阳离子形成配位体,将其从碳酸盐沉淀和土壤颗粒表面分离出来并电动去除。本发明开展的试验表明:采用本发明的修复方法,在电场阳极能够去除95%以上的铬元素,而如果使用乙酸钠或柠檬酸钠等其他试剂则没有上述效果。葡萄糖酸钠在土壤未通二氧化碳保护的条件下会出现较快的生物降解,这将不利于其分离三价铬,而在电动修复前和修复过程中通入二氧化碳后,葡萄糖酸钠没有出现明显的生物降解。本发明试验发现葡萄糖酸钠易于被双氧水氧化降解,在修复后的土壤中通入浓度10%双氧水后1小时内,葡萄糖酸钠全部被氧化降解,不会造成土壤二次污染。
28.本发明具有的优点和积极效果是:
29.(1)本发明首次提出采用二氧化碳保护葡萄糖酸钠脱附三价铬的修复方法,铬污染去除率高、去除速度快。本发明电动原位修复铬污染土壤的方法,通过优选葡萄糖酸钠作为三价铬脱附剂并用二氧化碳对脱附剂进行保护并部分溶解含三价铬的沉淀,通电修复25天内,铬污染去除率达到95%以上。
30.(2)原位去除铬污染,永久修复铬污染土壤。使用本发明电动原位修复铬污染土壤,铬元素的去除率高,无反弹现象,实现铬污染的永久性修复。
31.(3)土壤修复过程不破坏土壤结构,无二次污染。本发明电动原位修复铬污染土壤过程,土壤ph值、土壤结构、含水率基本没有变化,修复完成后通入双氧水对脱附剂进行氧化后无残留脱附剂,不存在二次污染。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
33.实施例1
34.首先调整待修复的铬污染土壤含水率至10%,然后分别在铬污染土壤中设置电动系统的阴极井和阳极井,电极通电前开始向铬污染土壤修复区及修复区以外的土壤以0.1m3/h的速率注入二氧化碳,保持二氧化碳的注入状态,再将浓度为0.01mol/l葡萄糖酸钠溶液注入阴极井;接通两个电极,电压梯度控制在4.0v/cm,分别在通电前及通电后5、15天和25天,检测土壤中总铬含量并计算铬污染去除率。修复结束后,停止二氧化碳注入,向修复区土壤中注入浓度10%双氧水,将残余的葡萄糖酸钠氧化降解。
35.实施例2
36.首先调整待修复的铬污染土壤的含水率至12%,然后分别在铬污染土壤中设置电动系统的阴极井和阳极井,电极通电前开始向铬污染土壤修复区及修复区以外的土壤以0.5m3/h的速率注入二氧化碳,保持二氧化碳的注入状态,再将浓度为0.05mol/l葡萄糖酸钠溶液注入阴极井;接通两个电极,电压梯度控制在3.0v/cm,分别在通电前及通电后5、15天和25天,检测土壤中总铬含量并计算铬污染去除率。修复结束后,停止二氧化碳注入,向修复区土壤中注入浓度10%双氧水,将残余的葡萄糖酸钠氧化降解。
37.实施例3
38.首先调整待修复的铬污染土壤的含水率至40%,然后分别在铬污染土壤中设置电动系统的阴极井和阳极井,电极通电前开始向铬污染土壤修复区及修复区以外的土壤以1.0m3/h的速率注入二氧化碳,保持二氧化碳的注入状态,再将浓度为0.1mol/l葡萄糖酸钠溶液注入阴极井;接通两个电极,电压梯度控制在2.0v/cm,分别在通电前及通电后5、15天和25天,检测土壤中总铬含量并计算铬污染去除率。修复结束后,停止二氧化碳注入,向修复区土壤中注入浓度10%双氧水,将残余的葡萄糖酸钠氧化降解。
39.对比例1
40.首先调整待修复的铬污染土壤的含水率至12%,然后分别在铬污染土壤中设置电动系统的阴极井和阳极井,电极通电前开始向铬污染土壤修复区及修复区以外的土壤以0.5m3/h的速率注入二氧化碳,保持二氧化碳的注入状态,再将浓度为0.1mol/l柠檬酸钠溶液注入阴极井;接通两个电极,电压梯度控制在3.0v/cm,分别在通电前及通电后5、15天和25天,检测土壤中总铬含量并计算铬污染去除率。修复结束后,停止二氧化碳注入,向修复区土壤中注入浓度10%双氧水,将残余的柠檬酸钠氧化降解。
41.对比例2
42.首先调整待修复的铬污染土壤的含水率至12%,然后分别在铬污染土壤中设置电动系统的阴极井和阳极井,电极通电前开始向铬污染土壤修复区及修复区以外的土壤以0.5m3/h的速率注入二氧化碳,保持二氧化碳的注入状态,再将浓度为0.1mol/l乙酸钠溶液注入阴极井;接通两个电极,电压梯度控制在3.0v/cm,分别在通电前及通电后5、15天和25天,检测土壤中总铬含量并计算铬污染去除率。修复结束后,停止二氧化碳注入,向修复区土壤中注入浓度10%双氧水,将残余的乙酸钠氧化降解。
43.对比例3
44.实施步骤和参数与实施例2相同,只是在通电前和通电过程中未向污染土壤通入二氧化碳。
45.对比例4
46.实施步骤和参数与实施例2相同,只是在通电前和通电过程中向污染土壤通入氮气。
47.经上述实施例和对比例的方法修复后的铬污染土壤,土壤中总铬含量按照hj491-2009《土壤总铬的测定火焰原子吸收分光光度法》的方法进行检测,在两电极中间点位取土壤样品检测总铬的含量;铬污染去除率=(通电前土壤总铬含量-通电后土壤总铬含量)/通电前土壤总铬含量
×
100%,计算铬污染去除率,结果见表1所示。
48.表1各个实施例和对比例中通电后铬污染去除率
49.[0050][0051]
从表1中的实施例1-3表明,采用本发明提供的电动原位修复铬污染土壤的方法,污染土壤在通电后土壤中的铬污染能够获得快速彻底的去除,25天后铬污染去除率均超过95%,其中以实施例2的效果最优。
[0052]
从表1中实施例2与对比例1和对比例2相比,结果表明,本发明优选的葡萄糖酸钠作为三价铬脱附剂对铬污染的脱附和去除有显著的效果,而柠檬酸钠和乙酸钠对三价铬的脱附效果不佳。
[0053]
从表1中实施例2与对比例3相比,结果表明,本发明优选的在铬污染土壤电动原位修复过程中通入二氧化碳相比未通入二氧化碳对于防治脱附剂降解,保证污染土壤中三价铬的脱附和去除有促进作用。
[0054]
从表1中实施例2与对比例4相比,结果表明,相比通入氮气,本发明优选的在铬污染土壤中通入二氧化碳在保护脱附剂不降解的同时,还对含三价铬沉淀中的三价铬具有一定的溶解作用。
[0055]
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换,而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

技术特征:
1.一种铬污染土壤的电动原位修复方法,其特征在于:包括步骤如下:s1、调节铬污染土壤含水率至10%以上,使电极之间的孔隙水存在电连接;s2、将二氧化碳气体通入铬污染土壤,提供厌氧环境,减少葡萄糖酸钠的生物降解;s3、将葡萄糖酸钠溶液添加进铬污染土壤的电动修复阴极井;s4、在置于铬污染土壤区域的两个电极上施加直流电流,对铬污染土壤电动原位修复;在电场作用条件下,葡萄糖酸根离子向阳极迁移,在迁移过程中与含三价铬的阳离子形成配位体,从不溶沉淀物中或土壤颗粒表面分离出三价铬,从而除去铬污染土壤中的铬;s5、向修复完成的土壤中添加双氧水,除去多余的葡萄糖酸钠。2.根据权利要求1所述的铬污染土壤的电动原位修复方法,其特征在于:所述步骤s1中,调节铬污染土壤含水率,使其达到12%以上。3.根据权利要求1所述的铬污染土壤的电动原位修复方法,其特征在于:所述步骤s2中,二氧化碳气体通入速率为0.1-1.0m3/h。4.根据权利要求3所述的铬污染土壤的电动原位修复方法,其特征在于:所述二氧化碳气体通入速率为0.5m3/h。5.根据权利要求1所述的铬污染土壤的电动原位修复方法,其特征在于:所述步骤s3中,葡萄糖酸钠溶液浓度为0.01-0.1mol/l。6.根据权利要求5所述的铬污染土壤的电动原位修复方法,其特征在于:所述葡萄糖酸钠溶液浓度为0.05mol/l。7.根据权利要求1所述的铬污染土壤的电动原位修复方法,其特征在于:所述步骤s4中,两个电极之间的电压梯度控制在2.0-4.0v/cm。8.根据权利要求7所述的铬污染土壤的电动原位修复方法,其特征在于:两个电极之间的电压梯度控制在3.0v/cm。9.根据权利要求1所述的铬污染土壤的电动原位修复方法,其特征在于:所述步骤s5中,双氧水浓度为10%。
技术总结
本发明涉及一种铬污染土壤的电动原位修复方法,包括步骤如下:S1、调节铬污染土壤含水率至10%以上;S2、将二氧化碳气体通入铬污染土壤,保护脱附剂葡萄糖酸钠不被生物降解;S3、将葡萄糖酸钠溶液添加进铬污染土壤的电动修复阴极井;S4、在置于铬污染土壤区域的两个电极上施加直流电流,对铬污染土壤电动原位修复;在电场作用条件下,葡萄糖酸根离子向阳极迁移,在迁移过程中与含三价铬的阳离子形成配位体,从不溶沉淀物中或土壤颗粒表面分离出三价铬,从而除去铬污染土壤中的铬;S5、向修复完成的土壤中添加双氧水,除去多余的葡萄糖酸钠。本发明的方法修复速度快、铬污染去除率高、无二次污染。无二次污染。

技术开发人、权利持有人:吴秋生 李小燕 范道荣

人已赞赏
专利技术

高新可升降式热弯鱼缸玻璃胶去除装置技术

2021-5-3 3:21:16

专利技术

高新LED路灯灯杆的外壁清理装置技术

2021-5-3 3:26:37

0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索