CN103288200A

CN103288200A - 一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法

Info

Publication number: CN103288200A
Application number: CN2013102731365A
Authority: CN
Inventors: 吕树光; 吴小亮; 顾小钢; 邱兆富; 隋倩; 臧学轲; 缪周伟; 阮晓昕; 徐旻辉
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明涉及一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法，主要是通过零价铁(ZVI)的还原作用，去除地下水及土壤泥浆体系中存在的几种氯代烃污染物，属于环境治理技术领域；本发明的方法是在处理过程中，向含有氯代烃污染物的泥浆体系中添加零价铁，从而达到处理氯代烃的目的。本方法的优越性在于：该方法简单有效，处理效果显著；零价铁来源丰富，价格便宜，具有较强的还原能力；氯代烃能够迅速被脱氯降解，去除效率高，例如1，1，1-三氯乙烷的去除率可达到99.5％；该方法可同时处理地下水及土壤泥浆体系中的氯代烃，且反应过程受温度和pH影响较小，适用范围广。

Description

一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法

【技术领域】

本发明涉及环境治理技术领域，具体地说，是一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法。

【背景技术】

地下水是重要的饮用水水源，对支撑经济社会可持续发展具有不可替代的作用，同时也是重要的环境要素，直接影响和改变生态环境状况。土壤处于自然环境的中心位置，是农业生产的基础和人们居住环境要素的重要组成部分，土壤一旦被污染，不仅会直接影响在该土壤范围内人们的生活和工作环境，而且还会威胁到地下水质。因此，地下水和土壤污染修复的意义重大。

在引起地下水及土壤的众多污染中，有机污染是最常见且最难以治理的一类，已逐渐成为科学界的研究热点。其中，1，1，1-三氯乙烷(1，1，1-TCA)、三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)等氯代烃类有机物，在世界各地污染场地的地下水和土壤中被频繁检出。这类氯代溶剂密度通常比水大、水溶性小、不易降解去除，大部分具有潜在的“三致”(致癌、致畸、致突变)危害，其中绝大部分已被各国列为优先控制的有毒有害有机污染物。其由于比水重，容易向地下移动，从而增加了地下水与土壤受污染的程度，使得治理修复非常困难。另外，氯代烃的溶解度较低，很难被生物降解，且迁移距离大，所以在含水层中能存在几年到几百年，这就使得含氯代烃的地下水和土壤污染治理与普通的污染控制技术相比难度更大。地下水和土壤中氯代烃污染治理已成为全球地下水和土壤研究领域的热点和难点问题。

鉴于地下水及土壤环境受到氯代烃污染的广泛性，国内外学者广泛开展了地下水环境中氯代烃类污染的控制和修复技术研究，在最近的20年里，氯代烃污染修复技术明显增多。地下水及土壤中氯代烃污染修复技术主要有物理控制技术、微生物修复技术、化学处理技术等三大类。

利用物理过程控制技术治理氯代烃是一个简单、有效的处理过程，但仅是一个纯粹的物理过程，并未从根本上去除有害物质，只是将有害物质从液相中转移到气相或者固相中去，而不是将目标污染物彻底分解或者降解，所以单纯的物理控制还不能从根本上达到最理想的去除效果。

微生物修复技术是指利用微生物在一定的环境条件下，促进或强化在天然条件下原本发生很慢或不能发生的降解反应能够快速有效地进行，从而将有毒污染物转化成无毒物质的处理技术。但由于实际操作中地下水污染物成分复杂，不可能为单一污染源，因此如何驯化和培养符合特定污染水体治理的微生物也是一个亟需解决的问题。

处理氯代烃常用的化学处理方法主要有化学氧化法和化学还原法。近年来，由于原位化学氧化法对有毒害污染物处理的高效性和对生物修复的促进作用，因而受到了人们的广泛关注。目前，原位化学氧化常用的氧化剂有高锰酸钾、过氧化氢及Fenton试剂、过硫酸盐和臭氧。然而原位化学氧化法普遍存在使用成本高和应用条件苛刻等不足。

自20世纪80年代以来，发达国家地下水污染研究已经从无机污染转向了有机污染，零价铁的还原技术也逐渐发展起来，主要是通过零价铁的还原作用将有机氯代烃中的氯元素还原为氯离子，以达到无毒或低毒的目的。该技术具有成本低、操作方便等优点，并且实验使用的铁屑大多来自于的工业废物，对于环境保护来说具有以废治废的意义；此外，我国富含有丰富的铁矿，原料充足，价格实惠，因此，零价铁处理技术拥有广阔的发展前景。

渗透性反应墙技术(PRB)，是零价铁还原技术的一个重要应用，可有效地对地下水中的氯代烃进行还原脱氯。相对于抽出处理等传统方法，其具有可同时处理多种污染物、性价比相对较高等优点。但是在实际应用中，由于地下水环境条件较为复杂，在零价铁的表面会形成一层金属氧化膜，阻止了金属与有机污染物进行电子转移，甚至堵塞介质孔隙，从而使氯代烃的去除效率逐渐下降。

虽然国内外对地下水中氯代烃处理技术的研究较多，但对于同时存在于地下水和土壤中的氯代烃进行同时治理的研究较少，因此，同时研究地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的处理技术具有一定的实际意义。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法，其具体步骤为：通过机械搅拌使得含有氯代烃污染物的泥浆混合均匀后，向泥浆体系中添加零价铁进行反应，实现氯代烃污染地下水及土壤的修复治理。

所述的加入的零价铁与污染土壤中所含的氯代烃之间的质量比为100∶1～1600∶1，粒径为0.125～0.180mm。

所述的零价铁为铁粉。

所述的氯代烃在泥浆体系中的浓度为100～500mg/kg土壤；泥浆体系中的水土比为5∶1。

所述的反应条件是：控制反应温度在15℃～30℃，反应pH为6～7，对反应过程进行充分的机械搅拌。

所述的氯代烃为污染场地中最常见的污染物：1，1，1-三氯乙烷、三氯乙烯和四氯乙烯。

向含有氯代烃污染物的泥浆体系中添加零价铁进行还原反应，在不同的时间段从泥浆体系中进行取样萃取，并用气相色谱仪测定样品中氯代烃的含量，发现经上述化学还原反应后，氯代烃的去除效果显著。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

(1)本发明操作简单易行，处理效果显著，可同时处理地下水及土壤中的氯代烃；

(2)我国富含有丰富的铁矿，原料充足，价格实惠；

(3)本发明使用机械搅拌，在反应过程中，水土可以充分混合，零价铁也可以和氯代烃进行充分接触，从而达到最佳的处理效果；

(4)本发明的反应过程受泥浆体系的温度和pH影响较小，且对土壤自身结构的破坏作用小，适合的环境较多，应用广泛；

(5)本发明的零价铁还原能力强，零价铁与污染土壤中所含的氯代烃之间的质量比为100∶1～1600∶1时，氯代烃的去除率可达到99.5％以上；

(6)本发明不仅可以有效地同时修复氯代烃污染的地下水和土壤，而且对于其他易挥发性的含氯有机污染物也有很高的处理效率，可去除的污染物种类繁多。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃方法的具体实施方式。

实施例1

在1，1，1-三氯乙烷污染浓度为100mg/kg污染土壤的基质中(保证水土比为5∶1)，投加50g零价铁(每kg土壤(干重))，进行缓慢并充分的机械搅拌，同时控制泥浆体系的pH为7，反应温度为20℃，反应时间为24小时，分别在2、4、6、8、10、12、16、20、24小时进行取样萃取，采用气相色谱仪分析1，1，1-三氯乙烷的浓度，结果经本发明工艺处理的1，1，1-三氯乙烷在24小时左右的去除率达到99.5％。

实施例2

在1，1，1-三氯乙烷污染浓度为100mg/kg污染土壤的基质中(保证水土比为5∶1)，投加200g零价铁(每kg土壤(干重))，进行缓慢并充分的机械搅拌，同时控制泥浆体系的pH为7，反应温度为20℃，反应时间为24小时，分别在2、4、6、8、10、12、16、20、24小时进行取样萃取，采用气相色谱仪分析1，1，1-三氯乙烷的浓度，结果经本发明工艺处理的1，1，1-三氯乙烷在12小时左右的去除率达到99.9％。

实施例3

在1，1，1-三氯乙烷污染浓度为500mg/kg污染土壤的基质中(保证水土比为5∶1)，投加50g零价铁(每kg土壤(干重))，进行缓慢并充分的机械搅拌，同时控制泥浆体系的pH为7，反应温度为20℃，反应时间为24小时，分别在2、4、6、8、10、12、16、20、24小时进行取样萃取，采用气相色谱仪分析1，1，1-三氯乙烷的浓度，结果经本发明工艺处理的1，1，1-三氯乙烷在24小时左右的去除率达到99.5％。

实施例4

在1，1，1-三氯乙烷污染浓度为100mg/kg污染土壤的基质中(保证水土比为5∶1)，投加50g零价铁(每kg土壤(干重))，进行缓慢并充分的机械搅拌，同时控制泥浆体系的pH为7，反应温度为30℃，反应时间为24小时，分别在2、4、6、8、10、12、16、20、24小时进行取样萃取，采用气相色谱仪分析1，1，1-三氯乙烷的浓度，结果经本发明工艺处理的1，1，1-三氯乙烷在24小时左右的去除率达到99.5％。

实施例5

在1，1，1-三氯乙烷污染浓度为100mg/kg污染土壤的基质中(保证水土比为5∶1)，投加50g零价铁(每kg土壤(干重))，进行缓慢并充分的机械搅拌，同时控制泥浆体系的pH为6，反应温度为20℃，反应时间为24小时，分别在2、4、6、8、10、12、16、20、24小时进行取样萃取，采用气相色谱仪分析1，1，1-三氯乙烷的浓度，结果经本发明工艺处理的1，1，1-三氯乙烷在8小时左右的去除率达到99.9％。

实施例6

在三氯乙烯污染浓度为100mg/kg污染土壤的基质中(保证水土比为5∶1)，投加50g零价铁(每kg土壤(干重))，进行缓慢并充分的机械搅拌，同时控制泥浆体系的pH为7，反应温度为20℃，反应时间为24小时，分别在2、4、6、8、10、12、16、20、24小时进行取样萃取，采用气相色谱仪分析三氯乙烯的浓度，结果经本发明工艺处理的三氯乙烯在24小时左右的去除率达到95％。

实施例7

在三氯乙烯污染浓度为100mg/kg污染土壤的基质中(保证水土比为5∶1)，投加200g零价铁(每kg土壤(干重))，进行缓慢并充分的机械搅拌，同时控制泥浆体系的pH为7，反应温度为20℃，反应时间为24小时，分别在2、4、6、8、10、12、16、20、24小时进行取样萃取，采用气相色谱仪分析三氯乙烯的浓度，结果经本发明工艺处理的三氯乙烯在24小时左右的去除率达到99.5％。

实施例8

在四氯乙烯污染浓度为100mg/kg污染土壤的基质中(保证水土比为5∶1)，投加50g零价铁(每kg土壤(干重))，进行缓慢并充分的机械搅拌，同时控制泥浆体系的pH为7，反应温度为20℃，反应时间为24小时，分别在2、4、6、8、10、12、16、20、24小时进行取样萃取，采用气相色谱仪分析四氯乙烯的浓度，结果经本发明工艺处理的四氯乙烯在24小时左右的去除率达到90％。

本发明的方法是在处理过程中，保证零价铁存在的条件下，对地下水及土壤泥浆体系中的氯代烃进行处理；本方法的优越性在于：该方法操作简单易行，处理效果显著，可同时处理地下水及土壤中的氯代烃；零价铁来源丰富，价格便宜，具有较强的还原能力；氯代烃的去除效率高，1，1，1-三氯乙烷的去除率达到99.5％；反应过程受泥浆体系的温度和pH影响较小，适应性强，应用广泛。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法，其特征在于，其具体步骤为：通过机械搅拌使得含有氯代烃污染物的泥浆混合均匀后，向泥浆体系中添加零价铁进行反应，实现氯代烃污染地下水及土壤的修复治理。

2.如权利要求1所述的一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法，其特征在于，所述的加入的零价铁与污染土壤中所含的氯代烃之间的质量比为100∶1～1600∶1，粒径为0.125～0.180mm。

3.如权利要求1所述的一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法，其特征在于，所述的零价铁为铁粉。

4.如权利要求1所述的一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法，其特征在于，所述的氯代烃在泥浆体系中的浓度为100～500mg/kg土壤；泥浆体系中的水土比为5∶1。

5.如权利要求1所述的一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法，其特征在于，所述的反应，其反应条件是：控制反应温度在15℃～30℃，反应pH为6～7，对反应过程进行充分的机械搅拌。

6.如权利要求1所述的一种化学还原去除地下水及土壤泥浆体系中氯代烃的方法，其特征在于，所述的氯代烃为污染场地中最常见的污染物：1，1，1-三氯乙烷、三氯乙烯和四氯乙烯。