一种螯合型表面活性剂强化电动修复有机-重金属复合污染土壤的方法技术

本发明专利技术属于场地污染土壤原位修复技术领域，该方法是利用具有双亲结构(同时具有酰基长链疏水基和三个相邻的羧基亲水基)的螯合型表面活性剂N

【技术实现步骤摘要】
一种螯合型表面活性剂强化电动修复有机-重金属复合污染土壤的方法


[0001]本专利技术属于场地污染土壤原位修复
，具体涉及一种螯合型表面活性剂强化电动修复有机-重金属复合污染土壤的方法。

技术介绍

[0002]低渗透性地层污染土壤原位修复是国际化难题。低渗透性土层会截留并储存大量污染物，这些污染物会通过“逆扩散”作用进入临近渗透性较好的土层(疏导带)。修复药剂难以在低渗透性土壤中实现高效传质、扩散，存在于土壤孔隙水中的未降解有机污染物、重金属污染物无法回收处理，是低渗透性有机-重金属复合污染土壤原位修复技术研发与应用的主要瓶颈。近年来，使用电动修复技术实现修复药剂在低渗透性介质中的运送被广为研究报道，已成为国内外研究热点。电动修复技术是通过向污染土壤中施加直流电场，利用形成的电迁移、电渗、电泳和扩散等电动力学效应，驱动目标物质在电场下定向迁移。该技术具有不受土壤异质性与低渗透性限制，可以不破坏原有土壤环境及原位应用等优点。

技术实现思路

[0003]目前，电动-淋洗联用技术修复有机-重金属复合污染土壤研究已取得一定的进展。可采用直流电场与分步淋洗相结合的方法，利用不同淋洗剂来实现有机和重金属污染物的阶段去除；也有研究使用络合剂或有机酸与表面活性剂复配淋洗液，促进电场条件下有机与重金属污染物的同步解吸附与去除。然而，上述工作多以功能性淋洗剂筛选及复配为重点，忽视了电动修复技术的参数优化与效能提升，难以通过单种药剂实现复合污染土壤中有机与重金属污染物的同步去除。此外，虽然板状电极形成的均匀电场的土壤修复均匀性较好，但由于电极表面积较大，电极反应剧烈且浓差极化现象明显，导致大量电能被消耗在电极表面。修复成本较高，且在实际工程应用过程中存在安装难度高等问题。
[0004]基于柱状电极的非均匀直流电场可避免浓差极化现象发生，脉冲供电方式可有效避免水的分解和非生产性能量损耗，可显著降低修复能耗、缩短修复时间。螯合型表面活性剂通常是指含有螯合金属离子基团的阴离子表面活性剂，以N-酰基乙二胺三乙酸(N-acyl ED3A)的研究较多，其具有酰基长链疏水基和三个相邻的羧基亲水基。目前，国内科研人员已应用N-acyl ED3A开展有机-重金属复合污染土壤淋洗修复研究。N-acyl ED3A分子的双亲结构可以同时实现重金属螯合和有机物增溶，具有对哺乳动物几乎无毒、生物降解速度快等优点。其阴离子特性使其可以在电场条件下定向(阴极到阳极)迁移，完成重金属离子螯合后的电中性产物及脱附石油污染物可随电渗析流(阳极到阴极)迁出土体。因此，N-acyl ED3A作为淋洗剂与非均匀脉冲电场的组合在有机-重金属复合污染土壤修复领域具有巨大的研发与应用潜力，可实现复合污染物的高效同步去除。
[0005]本专利技术的目的是：利用具有阴离子特性及双亲结构的螯合型表面活性剂N-acyl ED3A在电场条件下的定向迁移，同步实现土壤中重金属离子的螯合和有机污染物的增溶，
并通过电渗析作用将电中性螯合产物及脱附有机污染物迁出修复土体。同时，采用基于柱状电极的非均匀电场及脉冲供电方式，避免N-acyl ED3A运送过程水的分解和非生产性能量损耗、降低修复能耗、缩短修复时间。
[0006]本专利技术的目的通过以下方式实现：
[0007]一种螯合型表面活性剂强化电动修复有机-重金属复合污染土壤的方法，该方法首先通过若干组惰性电极在修复区域内构建二维对称电场，并通过阴极电极井注入N-acyl ED3A，在脉冲式直流电场的电迁移作用下，N-acyl ED3A从阴极向阳极运动，运动过程中其分子结构上的羧基(亲水基)可以与土壤中的重金属离子发生络合作用，同时酰基长链疏水基团可以实现有机污染物增溶，电中性的重金属络合产物及有机污染物会在电渗析作用下从阳极向阴极方向迁移出修复土体，且不会再次进入土壤。在设定时间内完成阴极池内N-acyl ED3A的运送后，清空阴极电极井并回收电解液(内含电中性重金属离子螯合产物及有机污染物)，并注入阳极电解液；清空阳极电极井并注入N-acyl ED3A溶液，切换电场方向；重复前述过程直至修复结束。上述过程不但可避免修复过程土壤pH的大幅度波动，同时还可避免阴极附近区域土壤碱化而导致的重金属离子沉淀，且修复过程无需调控阳极与阴极电极井中溶液的pH。
[0008]本专利技术方法通过以下步骤实现：
[0009](1)修复区域土体内布设若干组惰性材质电极用于构建非均匀对称电场；将惰性电极插入电极井(与土壤接触一端为多孔板)中并固定；
[0010](2)电解液溢流井通过溢流口与电极井相连；安装电解液循环系统，以恒流泵将溢流井中电解液以一定速度泵送至电极井中；
[0011](3)通过阴极电极井注入N-acyl ED3A，加入浓度1～10g/L的N-acyl ED3A溶液；阳极电极井中以水、碳酸钠、硝酸钠或硫酸钠等溶液作为电解液；
[0012](4)电极(正极、负极)分别连接至电动修复装置的脉冲直流电源的2个输出端口；
[0013](5)启动电动修复装置，调整电场强度0.5-5.0V/cm；设置电源脉冲频率8～96循环/24h；
[0014](6)电场切换周期0～72h(切换周期0h即采用单向脉冲电场)，取决于阴极电极井内N-acyl ED3A的运送效率及土壤pH变化情况；在完成N-acyl ED3A运送后，清空阴极电极井(切换后为阳极)内电解液，回收电中性重金属离子螯合产物及有机污染物，注入阳极电解液；同时，清空阳极电极井(切换后为阴极)，并注入N-acyl ED3A溶液，切换电场方向；重复上述过程至修复结束。
[0015]上述步骤(1)中所用电极优选石墨棒电极，电极井的设置深度与土壤污染深度一致。
[0016]上述步骤(2)中电解液溢流井与过溢流口与电极井相连，且高度与电极井一致。
[0017]上述步骤(3)中使用的N-acyl ED3A浓度为1～10g/L，视土壤有机-重金属复合污染物含量而定。
[0018]上述步骤(4)中的修复装置包括脉冲直流电源、继电器、时控开关、电流表、电压表、输出端子、电极连接线、电极等。
[0019]上述步骤(5)中的电场强度及脉冲频率可通过电动修复装置内置脉冲直流电源进行调整。
[0020]上述步骤(6)工作电极组极性的切换通过修复装置内置继电器控制。
[0021]所述时控开关用于控制电极极性切换时间，电场运行程序的时序启动、停止。
[0022]本专利技术方法可用于有机-重金属复合污染土壤的原位修复。
[0024]和已有技术专利技术相比，本专利技术利用具有双亲结构(同时具有酰基长链疏水基和三个相邻的羧基亲水基)的螯合型表面活性剂N-acyl ED3A作为淋洗剂，N-acyl ED3A的阴离子特性使其可以在脉冲直流电场的电迁移作用下定向(阴极到阳极)迁移，同步实现土壤中重金属离子的螯合和有机污染物的增溶。完成重金属离子螯合后生成的电中性产物及脱附有机污染物可在电渗析作用(阳极到阴极)下迁出修复土体。基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螯合型表面活性剂强化电动修复有机-重金属复合污染土壤的方法，其特征在于以脉冲直流电场实现螯合型表面活性剂N-酰基乙二胺三乙酸(N-acyl ED3A)在土壤中的高效传质，当N-acyl ED3A通过电迁移作用在修复土体中迁移时，与重金属离子发生螯合作用的同时实现有机污染物的增溶，电中性螯合产物及脱附有机污染物会在电渗析作用下迁出修复土体，实现有机、重金属污染物的高效同步去除。2.按照权利要求1所述的螯合型表面活性剂强化电动修复有机-重金属复合污染土壤的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(1)修复区域土体内布设若干组惰性材质电极用于构建非均匀对称电场；将惰性电极插入电极井(与土壤接触一端为多孔板)中并固定；(2)电解液溢流井通过溢流口与电极井相连；安装电解液循环系统，以恒流泵将溢流井中电解液以一定速度泵送至电极井中；(3)通过阴极电极井注入N-acyl ED3A，加入浓度1～10g/L的N-acyl ED3A溶液；阳极电极井中以水、碳酸钠、硝酸钠或硫酸钠等溶液作为电解液；(4)电极(正极、负极)分别连接至电动修复装置的脉冲直流电源的2个输出端口；(5)启动电动修复装置，调整电场强度0.5-5.0V/cm；设置电源脉冲频率8～96循环/24h；(6)电场切换周期0～72h(切换周期0h即采用单向脉冲电场)，取决于阴极电极井内N-acyl ED3A的运送效率及土壤pH变化情况；在完成N-acyl ED3A运送后，清空阴极电极井(切换后为阳极)内电解液，回收电中性重金属离子螯合产物及有机污染物，注入阳极电解液；同时，清空阳极电极井...

【专利技术属性】
技术研发人员：张猛，李佳男，冯美云，林匡飞，刘莉莉，梅皓天，张雨，白雪，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：