一种针对石油类污染含水层的增溶剂和强化抽出方法技术

本发明专利技术涉及一种针对石油类污染含水层的增溶剂和强化抽出方法，属于地下水污染修复领域。本发明专利技术解决了抽出技术处理石油类污染含水层过程中，由传统的表面活性剂溶液增溶解吸效果有限导致的污染物去除不彻底、药剂利用率低、修复周期长、工程成本高等缺点；本发明专利技术中的增溶剂为固定配比的十二烷基硫酸钠和正丁醇的混合水溶液；处理方法方面，在污染区域合理布设注入井与抽水井，通过注抽溶液的方式，使溶液冲刷污染区域、增溶解吸污染物，携带大量污染物的增溶液再随抽水井抽出，以期达到强化油相传质、去除含水层污染的目的。对模拟含水层中石油类污染物的去除效率高达95％以上，与传统表面活性剂强化抽出处理相比，处理效率更高、拖尾浓度更低。

Solubilizer and enhanced extraction method for oil polluted aquifer

【技术实现步骤摘要】
一种针对石油类污染含水层的增溶剂和强化抽出方法
本专利技术涉及一种针对石油类污染含水层的增溶剂和强化抽出方法，属于地下水污染修复领域。
技术介绍
地下水是地球水资源的重要组成部分，是人类生产生活的重要水源之一。随着人口的增长、经济的快速发展，石油类产品的需求量和生产量大幅增加，石油类物质往往具有生物积累性和致癌、致畸、致突变的“三致”特性，对人体健康危害严重。大量的石油类污染物在运输、储存、加工和排放的过程中进入地下环境，较高的稳定性和较低的水溶性使其在含水层中稳定存在并缓慢释放，对地下水造成长期污染。抽出处理是一种针对石油类污染含水层的传统修复方法，通过不断地抽取污染区域的地下水，使含水层中的污染物随地下水流抽出并得到清除。该方法要求含水层介质的渗透系数K＞5×10-4cm/s，可以是粉砂至卵砾石的不同介质类型。这一手段虽然能够去除含水层中自由相和溶解相的污染物，但受限于石油类污染物的易吸附特性和较差的水溶性，吸附于介质表面的吸附相与赋存于介质孔隙的残余饱和相污染物由于难以移动，或向地下水中有效传质，不能得到有效去除。表面活性剂是一类同时具有亲水基和疏水基的两亲性分子，吸附于两相界面的表面活性剂分子可以显著降低油水界面张力，当水中的表面活性剂浓度达到临界胶束浓度以上，其分子会发生定向排列，形成疏水基朝内、亲水基朝外的球状或棒状胶束结构，胶束的内核可为油相提供存储空间，从而增大油类物质的水相溶解度，称之为增溶作用。表面活性剂强化的抽出处理是将表面活性剂溶液由注入井注入污染含水层，利用表面活性剂对含水层中的污染物进行增溶解吸，加速油水传质过程，使污染物以溶解态的形式进入地下水，再由抽水井抽出。相较于传统的抽出处理方式，该方法强化了吸附相和残余饱和相污染物的去除效果，但传统表面活性剂溶液的增溶解吸能力有限，处理后期仍然会产生明显的拖尾现象，导致污染去除不彻底、药剂利用率低、修复成本增加等问题；停止抽水后，污染物浓度又会发生反弹，继续危害含水层环境。表面活性剂可与助表面活性剂在油水两相间形成混合界面膜，混合界面膜可使油水两相间具有超低的界面张力10-3～10-5mN/m，促使油水两相自发形成各向同性的透明胶体分散体系，称之为微乳液，助表面活性剂通常为中等链长的有机醇类物质。水相中的微乳粒子尺寸为10～100nm，相较表面活性剂胶束的尺寸更大，可为油相提供更大的存储空间，在保持体系稳定的同时最大程度提升油类物质的水相溶解度，对石油类含水层污染具备更好地增溶解吸潜力。目前，利用微乳体系进行环境修复的应用集中于土壤有机污染的异位修复，主要是将表面活性剂、助表面活性剂和植物油等低毒无毒的油相预先形成微乳液，再以搅拌、震荡等方式与土壤混合，利用微乳液高效的增溶解吸作用实现对污染物的分离去除。该方式需要额外提供有机油相，成本较高、工艺复杂，且有对环境造成二次污染的危险，而直接利用表面活性剂和助表面活性剂与石油类污染物在含水层原位形成微乳液，从而高效去除污染物的案例尚未有所报道。中国专利公开号CN109047328A，公开了一种淋洗液及土壤修复方法，该专利提到使用非离子型表面活性剂吐温80和有机醇类物质正丁醇的混合溶液作为淋洗液，淋洗受硝基苯类物质污染土壤，再通过抽取地下水的方式回收淋洗液，实现对土壤中污染物的增溶洗脱。但该方法仅针对受硝基苯类物质污染的土壤，污染物的存在形态主要为土壤介质表面的吸附态；无法适用于石油类污染含水层的修复。其选用的非离子型表面活性剂吐温80在介质上吸附损失较大，淋洗液的利用率较低；同时，该方法没有采用微乳液方法，非离子型表面活性剂吐温80与污染物结合后易乳化、不稳定，淋洗液的整体增溶能力有限，淋洗过后还需结合微生物原位处理的手段来实现污染物的达标去除。
技术实现思路
为了克服抽出技术处理石油类污染含水层过程中，由传统的表面活性剂溶液增溶解吸效果有限导致的污染物去不彻底、药剂利用率低、修复周期长、工程成本高等缺点，本专利技术提供了一种针对石油类污染含水层的高效增溶剂和强化抽出方法。将十二烷基硫酸钠与有机醇类物质的混合溶液作为增溶溶液，利用二者形成界面膜的超低界面张力包裹非水相石油类污染物，自发形成稳定的高增溶微乳体系；增溶液采用单井或多井注入，多井抽出的方式，通过水力冲洗实现对含水层石油类污染物的高效增溶去除。本专利技术针对的污染含水层类型为受石油类污染的含水层，具体污染物为三氯甲烷、四氯乙烯、苯和硝基苯中的一种或多种。本专利技术主要包括两部分内容：a.石油类污染物的增溶剂；b.含水层污染地下水的抽出方法：构建由水泵、溶液注入井和抽水井组成的处理系统，设定系统运行的技术参数。所述的增溶剂为表面活性剂和有机醇类物质的混合水溶液；所述的表面活性剂是十二烷基硫酸钠，有机醇类物质是异丙醇或正丁醇；十二烷基硫酸钠在混合水溶液中的浓度为100～300mM，有机醇类物质占混合水溶液的体积比的10～30％。优选地，最佳配比增溶剂中，十二烷基硫酸钠的浓度为300mM，有机醇类物质为正丁醇，其占混合水溶液的体积比为30％。增溶剂的配制方法如下，按照上述比例称取好十二烷基硫酸钠、有机醇类物质和水，先取一部分水依次加入表面活性剂和有机醇类物质，控制震荡速度为150～200rpm，震荡10～20min至固体完全溶解、组分充分混合，静止放置待溶液消泡后，再加入另一部分的水补足体积，震荡均匀。处理方法的具体步骤为：处理系统在污染区域至少布置1口注入井，每口注入井匹配1～5口抽水井，每口注入井和抽水井分别匹配一台水泵，供向注入井注入混合水溶液或从抽水井抽取地下水使用。布设注入井与抽水井时，以注入井为中心，抽水井等距发散排列在注入井周围，距离注入井3～10m，注入井与抽水井的井底凿至受污染含水层的隔水底板。注入井与抽水井的井管材质为钢管，与含水层接触的井身部分开均匀筛孔，井内径为10～20cm。系统运行的相关参数：溶液用量为受污染含水层介质孔隙体积的5～15倍，控制抽水井抽水流量大于或等于注入井注入流量，使含有污染物的增溶液在注入井与抽水井之间的含水层中的水平迁移速度为0.4～2cm/min，注抽方式为连续注入连续抽出。本专利技术的优点为：针对现有表面活性剂强化抽取处理石油类污染含水层技术的不足，将微乳体系与抽取处理技术相结合，强化了石油类污染含水层的处理效果，且配方和方法成本低廉、操作简单、安全易行，特别是针对含水层中的残余饱和相和吸附相污染物，具有较高的处理效率，从而能够明显降低传统处理方式的拖尾浓度、避免发生反弹现象。本专利技术采用的表面活性剂和有机醇类物质的毒性相对较小，生物降解性较好，表面活性剂在含水层介质中的吸附损失较少，且两类物质在混合水溶液中彼此促溶，不会产生表面活性剂沉淀，对污染物增溶后，可通过抽水井的抽取过程大部分被抽取至地面，有利于后续的分离回收，对含水层环境的生态风险小。由于微乳体系可自发对有机污染物进行高效增溶，因而不需对含水层的污染区域提供较大的冲洗流量、冲洗速度与冲洗压力，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对石油类污染含水层的增溶剂，其特征在于，所述的增溶剂为表面活性剂和有机醇类物质的混合水溶液；所述的表面活性剂是十二烷基硫酸钠，有机醇类物质是异丙醇或正丁醇；十二烷基硫酸钠在混合水溶液中的浓度为100～300mM，有机醇类物质占混合水溶液的体积比的10～30％，按照上述比例称取好十二烷基硫酸钠、有机醇类物质和水，先取一部分水依次加入表面活性剂和有机醇类物质，控制震荡速度为150～200rpm，震荡10～20min至固体完全溶解、组分充分混合，静止放置待溶液消泡后，再加入另一部分的水补足体积，震荡均匀得到所述针对石油类污染含水层的增溶剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种针对石油类污染含水层的增溶剂，其特征在于，所述的增溶剂为表面活性剂和有机醇类物质的混合水溶液；所述的表面活性剂是十二烷基硫酸钠，有机醇类物质是异丙醇或正丁醇；十二烷基硫酸钠在混合水溶液中的浓度为100～300mM，有机醇类物质占混合水溶液的体积比的10～30％，按照上述比例称取好十二烷基硫酸钠、有机醇类物质和水，先取一部分水依次加入表面活性剂和有机醇类物质，控制震荡速度为150～200rpm，震荡10～20min至固体完全溶解、组分充分混合，静止放置待溶液消泡后，再加入另一部分的水补足体积，震荡均匀得到所述针对石油类污染含水层的增溶剂。


2.根据权利要求1所述的针对石油类污染含水层的增溶剂，其特征在于，有机醇类物质是正丁醇。


3.根据权利要求1所述的针对石油类污染含水层的增溶剂，其特征在于，十二烷基硫酸钠在混合水溶液中的浓度为300mM，有机醇类物质占混合水溶液的体积比的30％。
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【专利技术属性】
技术研发人员：秦传玉，付玉丰，张成武，何宇，闫松，张婧懿，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22