一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法技术

本发明专利技术公开了一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法，在需要修复的地层中加入高锰酸盐和稳定剂的混合液，在加热条件下高锰酸盐与稳定剂原位反应形成锰氧化物的催化反应带，将化学氧化剂注入上游地下水和反应带土壤中，氧化剂与锰氧化物接触形成强氧化性的自由基，进而氧化降解地下水和反应带土壤中的有机污染物，从而达到高效修复地下水和土壤的效果。本发明专利技术的方法简单快捷、经济成本低、运行维护简便。

A method for in situ construction of catalytic oxidation reaction zone remediation of groundwater and soil

The invention discloses a method for in situ construction of catalytic oxidation reaction zone remediation of groundwater and soil, mixture of permanganate and stabilizer in need of repair in the formation, in situ and stabilizer permanganate in heating conditions formed by reaction of catalytic reaction of manganese oxide with chemical oxidation agent into the reaction zone in upstream groundwater and soil, oxidation agent with manganese oxide contact form strong oxidizing free radicals and oxidative degradation of groundwater and the reaction with organic pollutants in soil, so as to achieve efficient remediation of groundwater and soil effect. A simple method of the invention is simple, low cost, operation and maintenance.

【技术实现步骤摘要】
一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法
本专利技术属于环境污染控制
，具体涉及一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法，可用于地下水和土壤的修复工程中。
技术介绍
随着现代工农业的蓬勃发展，对生产生活用水需求的持续增长，每时每刻都产生着大量的污染废水，使地表水和地下水体遭受不同程度的污染，水质发生恶化，影响水资源的可持续利用。近年来，污水中难降解有机污染物成分的快速增多使水体污染形势日趋严峻。随着检测技术的发展，越来越多的难降解污染物在各类水体中被频繁检出；这些难降解污染物难以通过常规的生物过程手段被降解去除，甚至对土著介质中的微生物产生明显的毒性效应。相关技术中，大部分被污染的地下水和土壤需要通过强效的化学氧化手段去除污染物，从而达到修复目的和效果。但是修复过程中，采用的化学氧化剂与有机物直接反应的速率极慢，降解效果差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法，通过加热使高锰酸盐与稳定剂在土壤和地下水中反应生成催化氧化反应带，高效降解地下水和土壤中的有机污染物。为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用的技术方案是，一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法，包括以下步骤：(1)取高锰酸盐和稳定剂混合均匀后的混合液，将混合液注入待修复地下水或待修复的污染土壤中；(2)对待修复地下水或待修复的污染土壤中进行加热，所述高锰酸盐和稳定剂在加热条件下反应形成固态锰氧化物的催化反应带；(3)将氧化剂注入所述待修复地下水的上游或待修复的污染土壤，氧化剂在所述催化反应带中催化生成氧化性自由基，降解所述待修复地下水或待修复的污染土壤中的有机污染物。优选地，步骤(1)中，所述高锰酸盐为高锰酸钾或高锰酸钠；所述稳定剂为乙二醇或聚乙二醇；所述高锰酸盐与稳定剂的配比以高锰酸盐和乙二醇的摩尔量比值计算，所述高锰酸盐和乙二醇的摩尔量比值为1：5～30。优选地，步骤(2)中，加热方式为电加热法、热空气法、蒸汽注射法、热水注射法或电磁能加热法；所述加热温度为90℃～150℃，加热时间为0.5h～5h。优选地，步骤(3)中，所述氧化剂为过硫酸氢钾复合盐(Oxone)。与相关技术比较，本专利技术实施例采用的技术方案的有益效果是，一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法，向地层中原位注入强氧化性的高锰酸盐和稳定剂，在加热条件下生成锰氧化物的连续均匀的催化反应带，通过向受污染地下水或土壤中投加过氧化剂，可以使氧化剂在流经催化反应带过程中被快速活化产生强氧化性自由基，强氧化性的自由基可快速降解去除地下水体和土壤中的有机污染物，从而达到高效修复和净化地下水和土壤的效果。附图说明图1是本专利技术实施例的方法流程示意图；图2是本专利技术实施例的方法中催化反应带中原位催化剂的X射线衍射图谱。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。实施例一本专利技术的实施例提供了一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法，向污染地层原位注入高锰酸盐和稳定剂的混合液，加热后的高锰酸盐和稳定剂反应生成催化反应带，然后在污染地层的上游注入氧化剂，上述氧化剂在所述催化反应带中氧化性自由基降解地层中的有机污染物。地下水环境处于一种厌氧或缺氧的环境中，有机污染物在这种环境下的降解速率很慢甚至难以降解，本专利技术实施例仅需向污染地下水的上游或向含催化反应带的污染土壤注入氧化剂即可实现强氧化性自由基对有机污染物的降解，方法简便快速高效；且可避免挖筑可渗透的反应墙，降低了经济成本，同时不需要额外供应运行能量和维护。参照附图1，进一步地，包括以下具体步骤：(1)取高锰酸盐和稳定剂混合均匀后的混合液，将混合液注入待修复地下水或待修复的污染土壤中；其中，所述高锰酸盐为高锰酸钾或高锰酸钠；所述稳定剂为乙二醇或聚乙二醇；所述高锰酸盐与稳定剂的配比以高锰酸盐和乙二醇的摩尔量比值计算，所述高锰酸盐和乙二醇的摩尔量比值为1：5～30；高锰酸盐为强氧化剂，极易被还原，与稳定剂配合使用可维持其强氧化性；(2)对待修复地下水或待修复的污染土壤进行加热，所述高锰酸盐和稳定剂在加热条件下反应形成固态锰氧化物的催化反应带；其中，加热采用电加热法、热空气法、蒸汽注射法、热水注射法或电磁能加热法；所述加热温度为90℃～150℃，加热时间为0.5h～5h；加热条件下，使高锰酸盐和稳定剂发生化学反应，形成连续稳定的锰氧化物催化氧化带；(3)将氧化剂注入所述待修复地下水的上游或待修复的污染土壤，氧化剂在所述催化反应带中催化生成氧化性自由基，降解所述待修复地下水或待修复的污染土壤中的有机污染物。其中，所述氧化剂为过硫酸氢钾复合盐(Oxone)；所述过硫酸氢钾复合盐在锰氧化物的催化反应带中催化反应生成氧化性更强的硫酸根自由基或极强氧化性的羟基自由基，自由基与有机物反应将其转化为小分子成分，直至最终将有机污染物分解为二氧化碳和水。这种化学氧化方法尤其适用于难生物降解的有机污染物，通过氧化降解将这些难生物降解有机污染物转化为易于生物降解的污染物，直至被完全矿化去除；高效环保的修复地下水或土壤中的有机污染物。实施例二采用实施例一的方法原位形成催化反应带，具体地：配制30mL浓度为2mmol的KMnO4溶液，加入36mmol乙二醇，搅拌混合均匀；将混合液移至50mL容量的水热反应器后，将反应器盖拧紧密封；将水热反应器放入鼓风烘箱中，在120℃条件下加热4个小时得到本专利技术实施例一中的催化反应带的原位催化材料，并用超纯水洗净，60℃下真空干燥得净化的原位催化剂。参照附图2，将所述原位催化剂进行X射线衍射的表征，所述原位催化剂的主成分为Mn3O4和MnO2。实施例三采用本专利技术实施例的方法在密封土柱反应器中模拟有机污染物污染地下水区域，向土柱中间土层注入高锰酸钾和乙二醇的混合液30mL，其中高锰酸钾投加量为2mmol，乙二醇的投加量为36mmol，同时通过蒸汽加热1小时使高锰酸钾与乙二醇充分反应转化为固态的锰氧化物催化反应带。土柱饱水后，利用通氮的除氧方式模拟地下水的缺氧环境，开通蠕动泵使用模拟地下水将导管内的空气排出后，将导管与土柱相连，控制流速，使出水速度控制在0.1mL/min，使土柱形成稳定的地下水模拟流场。将含2mg/L罗丹明B污染的地下水与土柱相连，在流经土柱后罗丹明B被氧化降解，地下水由进水的红色，转变成出水的近乎无色，实现高效修复有机污染物污染的地下水。实施例四配制100mL含0.4mmol/L的双酚A和20mg/L的罗丹明的反应溶液，加入到250mL的玻璃容器中，调节上述混合液的初始pH为7，且反应在室温(15±2℃)中进行。在20℃机械搅拌的条件下，向上述反应溶液投加0.02g的本专利技术实施例一或实施例二制备的锰氧化物催化反应带的原位催化剂，开始有机污染物的降解反应；经过5分钟反应后，取2mL样品立即用0.22μmPES滤头过滤去除固体颗粒，观察发现反应溶液由初始的红色变为无色，表示水中罗丹明B被完全降解。本专利技术实施例的一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法可高效去除地下水和土壤中的有机污染物。在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法，其特征是，包括以下步骤：(1)取高锰酸盐和稳定剂混合均匀后的混合液，将混合液注入待修复地下水或待修复的污染土壤中；(2)对待修复地下水或待修复的污染土壤进行加热，所述高锰酸盐和稳定剂在加热条件下反应形成固态锰氧化物的催化反应带；(3)将氧化剂注入所述待修复地下水的上游或待修复的污染土壤中，氧化剂在所述催化反应带中被催化生成强氧化性自由基，降解所述待修复地下水或污染土壤中的有机污染物。

【技术特征摘要】
1.一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法，其特征是，包括以下步骤：(1)取高锰酸盐和稳定剂混合均匀后的混合液，将混合液注入待修复地下水或待修复的污染土壤中；(2)对待修复地下水或待修复的污染土壤进行加热，所述高锰酸盐和稳定剂在加热条件下反应形成固态锰氧化物的催化反应带；(3)将氧化剂注入所述待修复地下水的上游或待修复的污染土壤中，氧化剂在所述催化反应带中被催化生成强氧化性自由基，降解所述待修复地下水或污染土壤中的有机污染物。2.根据权利要求1所述的一种原位构筑催化氧化反应带修复地下水和土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜江坤，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42