CN101596542A

CN101596542A - 超声波修复ddt污染土壤的方法

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Publication number: CN101596542A
Application number: CNA2009100326908A
Authority: CN
Inventors: 郭照冰; 张超; 唐登勇; 马建军; 冯若
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: CN101596542B

Abstract

本发明属于有机污染土壤修复领域，公开了一种超声波修复DDT污染土壤的方法，是将含水量为15％～95％，DDT起始浓度为100～100000μg/kg的有机污染土壤浆体在超声辐照条件下进行处理；超声频率为20kHz～500kHz，超声功率为50W～2.0kw；超声辐照时间为1min～2h。本方法主要利用超声波的空化效应与扰动效应降解或消减土壤中的DDT等有机氯农药污染物。本方法采用泵连续输送土浆至超声反应装置，且易于对污染土壤进行现场修复。与目前普遍采用的有机氯农药污染土壤修复技术相比，几乎不受污染物种类与环境条件的影响，应用领域广泛。本方法高效低耗，二次污染风险低，可操作性强，具有良好的社会效益与环境效益。

Description

超声波修复DDT污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及一种对受有机物污染土壤的修复方法，特别涉及受滴滴涕(DDT，别名为2，2-双(4-氯苯基)-1，1，1-三氯乙烷)等有机氯农药污染土壤的修复。

背景技术

DDT是首批列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》中的12种持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，简称POPs)之一。作为POPs的一大类别，有机氯农药是人们主动投放于环境中的使用量大、毒性强和污染广泛的一类化学污染物。DDT作为有机氯农药的典型代表，我国在20世纪60～80年代曾大量生产和使用，累计用量约40多万吨，占国际用量的20％。DDT的持久性和生物蓄积性决定了其对人体健康及生态环境具有极大危害。研究表明，DDT具有神经毒性、肝脏毒性和生殖发育毒性，可以影响生物体的内分泌功能，具有典型的三致毒性。

由于DDT的使用受到控制，我国土壤中DDT残留量已有明显下降，但一些地区残留量仍处于较高水平。在对宁波市不同农田土壤DDT残留量检测中发现果园和旱粮地土壤中一次性DDT最高含量为5.64mg/kg和3.37mg/kg，超过国家土壤环境质量三级标准的4.64倍和2.37倍。

DDT污染土壤的修复技术主要包括物理法、化学还原脱氯法、化学氧化法、机械化学法、生物法等。物理修复技术易造成二次污染；化学修复技术往往涉及到需要昂贵的经济投入，而在具体应用时受到了一定的局限；生物修复技术时间较长；机械化学技术为修复有机氯农药污染土壤提供一种新途径与新方法。但DDT环境修复技术多数没有达到成熟的地步，成功应用于工程实践的技术比较少。如何研发新的处理效率高、可操作性强、安全性高的技术，将成为今后研究的重点。

发明内容

为了解决现有的土壤修复技术中存在的高二次污染风险、运行成本偏高及处理周期较长的缺点，本发明提供了一种超声波修复DDT污染土壤的方法，具有二次污染风险小、高效低耗及可操作性强的优点。

一种超声波修复DDT污染土壤的方法，是将含水量为15％～95％、DDT浓度为100～100000μg/kg的有机污染土壤浆体在超声波辐照条件下进行处理；超声频率为20kHz～500kHz，超声功率为50W～2.0kw；超声辐照时间为1min～2h。

所述超声辐照时间在1-30min内DDT去除效率高。

所述含水量为优选40％wt～95％wt，处理效果较好，含水量太低，处理效果不明显；有机污染土壤浆体的含水量大于60％wt时DDT去除效果明显。

所述的超声波修复DDT污染土壤的方法，其超声波可以由探头式设备或者槽式设备产生。

所述的超声波修复DDT污染土壤的方法，修复方法可实现现场修复。

所述的DDT污染土壤在超声处理之前，需要进行机械搅拌以得到均匀的土壤浆体，土壤浆体经由泵连续输送至超声反应装置，并依次流经超声反应中心区域。超声反应装置外套有冷凝装置。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明的方法，土壤中DDT等有机氯农药污染物去除速率快、矿化率高。因为超声波在土浆体系中具有超声空化与扰动效应，土壤颗粒可促进空化泡在其表面形成，土壤颗粒表面的有机质能吸附DDT，空化泡的崩溃产生的高温高压环境可实现土壤中DDT的高效去除。所以利用超声波的空化与扰动效应可以快速去除土壤中的DDT等有机氯农药污染物。

2.无需向土壤中加入修复试剂，二次污染风险小，绿色环保，投资与运行成本低。本发明直接使用超声波空化与扰动效应对土壤中的DDT进行处理，所以无需像化学氧化修复法中一样另外加入试剂而对环境造成污染，更环保，成本更低。

3.超声修复DDT污染土壤易于现场操作。对DDT污染土壤，可以使用图2与管式超声反应装置，在污染现场直接对DDT污染泥浆进行连续处理，该技术特别适用于土壤点源污染或重污染区域，同时对土壤中其他含氯有机污染物的超声去除具有借鉴意义。

本发明经现场实验，选取了合理的工艺条件，处理效果明显。经实验确定超声辐照时间在1-30min内DDT去除效率高，理时间与DDT去除率的关系曲线如图1所示。含水量为优选40％wt～95％wt，处理效果较好；含水量太低，处理较慢，处理效果不理想。

超声是指频率高于20kHz的声波，超声作用于液体时会产生空化效应及机械扰动效应。液体中颗粒的阻碍效应使超声波在浆体中传输时存在超声强度的衰减。同时，固体颗粒在溶液中可促使空化泡在其表面形成，空化泡崩溃瞬间产生局部5000K高温与1000atm高压，形成的大量微反应环境可以实现固体颗粒表面有机污染物的快速矿化。土壤颗粒主要由矿物质与有机质组成，土壤矿物质表面的有机质能富集土壤中的有机污染物，超声辐照在颗粒表面的空化作用可望实现土壤中有机污染物的高效去除。因此，申请人首次将超声辐照技术应用于有机污染土壤的修复，并对实际土壤样品中DDT有机污染物的超声去除进行研究，也取得理想的修复效果。

附图说明：

图1为本发明处理时间与DDT去除率的关系曲线。

图2为超声反应装置示意图。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：

供试土壤有机质含量为17.87g/kg土壤；土壤中Fe₂O₃、MnO₂、TiO₂的含量分别为55.15g/kg，1.34g/kg，15.21g/kg土壤；修复之前土壤中DDT浓度为1mg/kg土壤；土壤湿度为60％；每次处理土浆体积为150mL，超声辐照频率为20kHz；超声辐照功率为300W；超声辐照时间为15min；超声波发射采用探头式设备(如图2)。修复后土壤中的DDT含量为285μg/kg土壤，DDT去除率为71.5％。

实施例2：

与实施例1基本相同，但所用土壤有机质含量为11.24g/kg土壤，Fe₂O₃、MnO₂、TiO₂的含量分别为49.62g/kg，0.95g/kg，9.36g/kg土壤。DDT超声去除率为73.9％。

实施例3：

实施例1中，其它条件不变，修复之前土壤中DDT浓度为0.5mg/kg土壤时，DDT去除率为72.3％；修复之前土壤中DDT浓度为5mg/kg土壤时，DDT去除率为68.1％。

实施例4：

实施例1中，其它条件不变，土壤湿度改为35％，DDT去除率为32.8％；土壤湿度改为80％，DDT去除率为75.2％。可见，土壤质量浓度是影响超声修复DDT污染土壤的重要因素。土壤湿度较低时，由于高浓度土壤颗粒的阻碍效应使得超声强度降低显著。

实施例5：

实施例1中，其它条件不变，超声辐照时间为5min时，土壤中DDT的去除率为52.9％；超声辐照时间为30min时，土壤中DDT的去除率为78.3％；超声辐照时间为45min时，土壤中DDT的去除率为79.1％。超声辐照时间越长，DDT去除效果越好，但超声30min后降解率增长趋于平缓，所以一般情况下处理30分钟即可。

实施例6：

实施例1中，其它条件不变，超声功率为150W时，土壤中DDT的去除率为31.1％；超声功率为1000W时，土壤中DDT的去除率为91.2％；超声功率为2000W时，土壤中DDT的去除率为98.5％。可以看出，超声强度显著影响土壤中DDT的去除效果。超声功率越高，DDT去除效果越高。

实施例7：

实施例1中，其它条件不变，超声频率提高到47kHz时，土壤中DDT的去除率为73.4％；超声频率提高到100kHz时，土壤中DDT的去除率为77.9％。升高超声频率有利于土壤中DDT的去除。

实施例8：

一种超声波修复DDT污染土壤的方法，是将湿度为15％～95％、DDT浓度为100～100000μg/kg的有机污染土壤浆体在超声波辐照条件下进行处理；超声频率为20kHz～500kHz，超声功率为50W～2.0kw；超声辐照时间为1min～2h。

其中土壤的湿度可以是15％～95％间的任一数值，比如15％、22％、34％、65％、95％等；DDT浓度也是100～100000μg/kg之间的任一数值，比如100μg/kg、300μg/kg、10000μg/kg、50000μg/kg、100000μg/kg；超声频率可以是20kHz、41kHz、100kHz、500kHz；超声功率可以是50w、100w、650w、1100w、1650w、2000w等；超声辐照时间为1min、5min、38min、64min、120min等。

实施例9：

实施例1中，超声波发射采用探头式设备，DDT在超声辐照中心区域的去除率最高。土壤中DDT在超声辐照中心区域的去除率与探头直径有关，直径大，DDT去除率相对降低。

实施例10：

实施例1中，其它条件不变，超声波亦可采用槽式设备产生，但DDT去除效果相对较低。

Claims

1.一种超声波修复DDT污染土壤的方法，其特征在于，将含水量为15％wt～95％wt、DDT浓度为100～100000μg/kg的有机污染土壤浆体在超声波辐照条件下进行处理；超声频率为20kHz～500kHz，超声功率为50W～2.0kw；超声辐照时间为1min～2h。

2.如权利要求1所述的超声波修复DDT污染土壤的方法，其特征在于，所述含水量为40％wt～95％wt；所述超声辐照时间在1-30min内DDT去除效率高。

3.如权利要求1所述的超声波修复DDT污染土壤的方法，其特征在于，所述的超声波由探头式设备或者槽式设备产生。

4.如权利要求1所述的超声波修复DDT污染土壤的方法，其特征在于，所述的有机污染土壤浆体是通过将受DDT污染的土壤与水混合，经过机械搅拌制得均匀的泥浆。

5.如权利要求1所述的超声波修复DDT污染土壤的方法，其特征在于，所述有机污染土壤浆体采用泵连续均匀输送至超声反应器中，土浆通过蠕动泵作用自超声反应器底部向上流动，依次经过超声去除中心区域后从反应器上部流出。