基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方及其使用方法组成比例

本发明专利技术公开了基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方及其使用方法。该药剂配方由无机配体和有机配体组成；有机配体至少包含两个羧基基团，有机配体与二价铁和三价铁的络合能力强，其与二价铁和三价铁形成的络合物在沉积物上吸附性差；无机配体为磷系配体，无机配体与二价铁和三价铁的络合能力强，其与二价铁和三价铁形成的络合物在沉积物上吸附性强。本发明专利技术利用有机配体和无机配体协同调控含水层中固液两相的二价铁形态、以及固液两相之间的电子传递，使羟自由基产率和产量最大化，降低了配体的总投加量，提高了有机污染物的降解效率，具有成本低和环境友好等优点，在污染场地和地下水修复领域有极大的经济和社会效益。

Chemical formulation and application method of Organic Pollutants Degradation Based on enhanced activation of molecular oxygen by ferrous sediments in aquifers

【技术实现步骤摘要】
基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方及其使用方法
本专利技术涉及地下水有机污染物处理
，尤其涉及基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方及其使用方法。
技术介绍
地下水是地球上最重要的淡水资源之一。然而伴随着经济的高速发展，大量的地下水水资源被污染，全国195个城市监测结果表明，97％的城市地下水受到不同程度污染，其中40％的城市地下水污染有逐年加重趋势。在各种污染中，地下水有机污染直接影响到人类健康，开发地下水有机污染修复技术意义重大。地下水污染有机污染修复技术主要包括原位修复、异位修复和监测自然衰减技术等。其中地下水原位修复技术是在人为干预下在原位将受污染地下水修复的技术，其以修复成本低、人为暴露少、修复时间相对较短等优势在地下水修复领域发挥重要作用。原位修复技术中，原位化学氧化法因能实现原位、处理速度快、污染物降解彻底等特点被认为是去除饱和土壤和地下水中挥发性有机污染物最有效的方法之一。现有的污染场地原位化学氧化技术，主要是基于活化过氧化氢、过硫酸盐等氧化剂产生强氧化性的自由基，对污染物进行氧化降解。然而过氧化氢运输、储存等过程存在极大的安全风险；过氧化氢和过硫酸盐等由于反应活性过高，注入含水层后分解较快难以传输较远的距离。相比于过氧化氢、过硫酸盐，基于分子氧的氧化技术是一条更为环保、经济的修复方法。目前基于分子氧的原位化学氧化修复方法尚未得到重视，主要是因为分子氧的氧化能力较弱，含水介质二价铁等还原性物质活化分子氧产生羟自由基的效率较低，引起的污染物降解效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有的上述不足，提出一种处理有机污染物效率高、成本低和环境友好的基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方及其使用方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方，药剂包括无机配体和有机配体；所述有机配体中至少包含两个羧基基团，所述有机配体与二价铁和三价铁的络合能力强，其与二价铁和三价铁形成的络合物在沉积物上的吸附性差；所述无机配体为磷系配体，所述无机配体与二价铁和三价铁的络合能力强，其与二价铁和三价铁形成的络合物在沉积物上的吸附性强。优选的，所述有机配体与所述无机配体的物质量比值为1：1～9。优选的，所述有机配体与所述无机配体的物质量比值为1：3。优选的，所述有机配体为乙二胺四乙酸钠(EDTA)、氨三乙酸(NTA)、N,N'-乙二胺二琥珀酸(EDDS)、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)、二乙三胺五乙酸(DPTA)和柠檬酸中的一种或多种。优选的，所述无机配体为三聚磷酸盐、四聚磷酸盐、六聚磷酸盐、多聚磷酸盐磷酸盐、磷酸盐和焦磷酸盐中的一种或多种。优选的，所述有机配体为乙二胺四乙酸(EDTA)，所述无机配体为磷酸三苯酯(TPP)。基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方的使用方法，向污染场地的含水层中注入药剂，含水层中包括二价铁沉积物，并向含水层中提供氧气，以降解污染场地含水层中的有机污染物，具体包括以下步骤：S1.根据污染场地的含水层的水文地质结构情况，设置单井、双井或多井的循环井修复方式，并打井；S2.将药剂与水混合形成溶液；S3.向井内提供氧气，以使含水层中溶解一定浓度的分子氧；S4.通过循环井的水力驱动作用，将步骤S2形成的溶液输送至含水层。含水层的沉积物中的二价铁与有机配体形成二价铁有机配体络合物，二价铁有机配体络合物从沉积物上解吸并转移到液相中，同时无机配体与沉积物中的二价铁络合，形成二价铁无机配体络合物吸附在含水层中沉积物表面，转移到液相中的二价铁有机配体络合物被分子氧的氧化，形成三价铁有机配体络合物，吸附在沉积物表面的二价铁无机配体络合物将电子传递给液相中的三价铁有机配体络合物，将三价铁有机配体络合物还原为二价铁有机配体络合物，整个过程维持液相中含有一定浓度的二价铁，二价铁用于活化分子氧产生羟自由基，以除去含水层中的有机污染物；S5.监测循环井中含水层中有机污染物和有机配体的浓度，有机污染物降解过程中，有机配体的浓度低于预设值，再次投加少量有机配体，直至水体中的有机污染物浓度达到处理要求。优选的，在步骤S4中，药剂在含水层中形成溶解态的总浓度为0.1-2mmol/L。优选的，药剂在含水层中形成溶解态的总浓度为1mmol/L。本专利技术的基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方，通过有机配体和无机配体的协同作用来调控含水层的固液两相中的二价铁形态、以及固液两相之间的电子传递过程，从而提高含水层组分活化分子氧产生羟自由基的效率、以及对有机污染物的降解效果；一是通过调控直接与分子氧作用的水相二价铁以及一部分由有机配体络合二价铁从沉积物解吸下来的二价铁的形态，从而提高活化分子氧产生羟自由基的产率；二是通过吸附在沉积物上的二价铁无机配体络合物的电子传递作用，将液相中的三价铁还原，提高了液相中二价铁的浓度，从而提高活化分子氧产生羟自由基的总量。本专利技术涉及两类配体，其中有机配体用于提高水相二价铁活化分子氧产生羟自由基的效率，无机配体通过吸附到沉积物表面促进固相介质向液相传递电子，来促进铁循环，以提高羟自由基产量，通过这两种配体的协同作用，使得羟自由基产率和产量最大化，同时可降低配体的总投加量，实现对污染物的高效降解。本专利技术的基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方的使用方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)活化的氧化剂是分子氧，分子氧更绿色环保易得，且成本低；(2)由于二价铁沉积物在地下环境中广泛存在，因此该方法运行成本更低且对环境扰动更小；(3)利用有机配体与无机配体的协同作用，无机配体与二价铁络合吸附在沉积物上，沉积物上的二价铁与有机配体络合，迁移到液相中，在活化分子氧生成强氧化性的羟自由基过程中，自身被氧化转化为络合态三价铁；吸附在沉积物上的二价铁无机配体络合物将电子传递给液相中的络合态三价铁，液相中的络合态三价铁被还原为络合态二价铁，沉积物上的结构态Fe(II)将电子转移到液相，将液相中的三价铁还原为二价铁，无机配体和有机配体的协同作用形成的低浓度络合态二价铁不断循环高效活化分子氧产生羟自由基氧化污染物，实现污染物的去除；(4)含水层内沉积物中的二价铁很少释放到水中，随着有机配体消耗，释放到溶液中的三价铁可再次经无机配体络合，吸附于沉积物表面，而且还可循环重复使用；(5)利用有机配体和无机配体的协同作用，相较于单一的有机配体或无机配体，使得添加的药剂浓度更低，并且处理有机污染物的效果更好；(6)添加的药剂中的有机配体和无机配体浓度低，液相中的有机配体在有机污染物降解过程中可以降解，无机配体可以吸附在沉积物表面，对水体环境扰动轻微。附图说明图1是本专利技术实施例中EDTA和TPP复合配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方，其特征在于，药剂配方包括无机配体和有机配体；所述有机配体中至少包含两个羧基基团，所述有机配体与二价铁和三价铁的络合能力强，其与二价铁和三价铁形成的络合物在沉积物上的吸附性差；所述无机配体为磷系配体，所述无机配体与二价铁和三价铁的络合能力强，其与二价铁和三价铁形成的络合物在沉积物上的吸附性强。/n

【技术特征摘要】
1.基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方，其特征在于，药剂配方包括无机配体和有机配体；所述有机配体中至少包含两个羧基基团，所述有机配体与二价铁和三价铁的络合能力强，其与二价铁和三价铁形成的络合物在沉积物上的吸附性差；所述无机配体为磷系配体，所述无机配体与二价铁和三价铁的络合能力强，其与二价铁和三价铁形成的络合物在沉积物上的吸附性强。


2.如权利要求1的基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方，其特征在于，所述有机配体与所述无机配体的物质量比值为1：1～9。


3.如权利要求2的基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方，其特征在于，所述有机配体与所述无机配体的物质量比值为1：3。


4.如权利要求3的基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方，其特征在于，所述有机配体为乙二胺四乙酸钠、氨三乙酸、N,N'-乙二胺二琥珀酸、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、二乙三胺五乙酸和柠檬酸中的一种或多种。


5.如权利要求4的基于强化含水层中二价铁沉积物活化分子氧降解有机污染物的药剂配方，其特征在于，所述无机配体为三聚磷酸盐、四聚磷酸盐、六聚磷酸盐、多聚磷酸盐磷酸盐、磷酸盐和焦磷酸盐中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁松虎，谢雯静，
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