专利名称:利用超声波/Fe去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法
技术领域:
本发明涉及一种去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法,具体的说是利用超声波/Fe去 除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法。
背景技术:
土壤环境是指岩石经过物理、化学、生物的侵蚀和风化作用,以及地貌、气候等诸 多因素长期作用下形成的土壤的生态环境。它是地球陆地表面具有肥力,能生长植物和微 生物的疏松表层环境,提供植物生活必需的营养和水分,是生态系统中物质与能量交换的 重要场所。在城市化发展过程中,由于对环境保护的预见性、环境保护措施、污染物处理技 术、人们的环保意识等各方面的发展与经济发展速度不协调,我国的土壤环境遭受了严重 的破坏。目前全国受污染的耕地约有1. 5亿亩,污水灌溉污染耕地3250万亩,固体废弃物 堆存占地和毁田200万亩,合计约占耕地总面积的1/10以上,其中多数集中在经济较发达 的地区。我国土壤污染的总体形势相当严峻,已对生态环境、食品安全和农业可持续发展构 成威胁,??成为我国社会发展、经济繁荣、人民健康和人民素质提高的制约因素。土壤的污染,一般是通过大气与水污染的转化而产生,它们可以单独起作用,也可 以相互重叠和交叉进行。随着农业现代化,特别是农业化学化水平的提高,大量化学肥料及 农药散落到环境中,土壤污染程度也越来越严重。在水土流失和风蚀作用等的影响下,污 染面积不断地扩大。土壤污染物有下列4类①化学污染物。包括无机污染物和有机污染 物。前者如汞、镉、铅、砷等重金属,过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物等;后者 如各种化学农药、石油及其裂解产物,以及其他各类有机合成产物等。②物理污染物。指来 自工厂、矿山的固体废弃物如尾矿、废石、粉煤灰和工业垃圾等。③生物污染物。指带有各 种病菌的城市垃圾和由卫生设施(包括医院)排出的废水、废物以及厩肥等。④放射性污 染物。主要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区,以锶和铯等在土壤中生存期长的放射 性元素为主。污染物进入土壤的途径一是污水灌溉,用未经处理或未达到排放标准的工业 污水灌溉农田是污染物进入土壤污染土壤的主要途径,其后果是在灌溉渠系两侧形成污染 带。二是酸雨和降尘,工业排放的S02、NO等有害气体在大气中发生反应而形成酸雨,以自 然降水形式进入土壤,引起土壤酸化。冶金工业烟囱排放的金属氧化物粉尘,则在重力作用 下以降尘形式进入土壤,形成以排污工厂为中心、半径为2至3公里范围的点状污染。三是 汽车排气汽油中添加的防爆剂四乙基铅随废气排出污染土壤,行车频率高的公土壤污染路 两侧常形成明显的铅污染带。四是固体废弃物,固体废弃物堆积场所土壤直接受到污染, 自然条件下的二次扩散会形成更大范围的污染。五是过量施用农药、化肥,施用化肥是农业 增产的重要措施,但长期大量使用氮肥,会破坏土壤结构,造成土壤板结,生物学性质恶化, 影响农作物的产量和质量。过量地使用硝态氮肥,会使饲料作物含有过多的硝酸盐,妨碍 牲畜体内氧的输送,使其患病,严重的导致死亡;农药能防治病、虫、草害,如果使用得当,可 保证作物的增产,但施用不当,会引起土壤污染。喷施于作物体上的农药(粉剂、水剂、乳液 等),除部分被植物吸收或逸入大气外,约有一半左右散落于农田,这一部分农药与直接施用于田间的农药(如拌种消毒剂、地下害虫熏蒸剂和杀虫剂等)构成农田土壤中农药的基 本来源。目前,较典型的土壤污染修复技术主要有以下6种①挖掘填埋技术;②土壤气相 抽提技术;③淋洗技术;④热解、光解技术;⑤生物技术。由于这几种处理方法本身的局限 性,因此超声波/Fe这一技术之所以成为当前国际上污染土壤及地下水修复的重要方法和 研究的热点,主要是因为它拥有其他技术无法比拟的独特优势。尤其适用于降解毒性高、难 降解的有机物。有机污染物的超声降解是空化和自由基反应两种作用协同的过程。足够 强度的超声波通过液体时,液体介质结构被撕破而形成微泡(空化泡),随后又使之快速崩 陷。瞬间可产生1900 5200K的高温、超过5. 0X107Pa的高压和?? H、?? 0H、?? 0、?? 00H等强氧化性物质以及速度约llOm/s具有强烈冲击力的微射流。自由基可在空化气泡 周围界面重新组合与气相中挥发性溶质反应,使有机物在空化泡内发生化学键断裂,水相 燃烧,高温分解。因此,与传统的土壤修复技术相比较,超声波降解技术集高级氧化技术、焚 烧、超临界氧化等多种技术于一身,具有适用广、操作简便、无(少)污染等优势,是一项值 得研究和推广的用于土壤修复的创新技术。国内外多项研究发现,超声波与其他技术结合可解决单独超声波作用时对污染物 降解率较低,费用较高的问题,在充分发挥超声波化学效应的同时也使其机械效应通过对 其他过程的强化得到发挥,从而产生协同作用。超声波/零价铁联用技术集超声高级氧化、 零价铁还原于一体,能有效去除废水中持久性有机污染物。超声空化过程产生的冲击波及 微射流能促进零价铁表面的更新与活化,同时加强固-液界面间传质过程,从而强化零价 铁还原作用;此外,零价铁的固体颗粒效应,及其在反应过程中生成的亚铁离子的Fenton 催化效应,还能在很大程度上提升超声空化作用。超声波产生的微射流和冲击波引起液体 介质的宏观湍动和微扰作用,可使金属和反应液充分混和接触,可有效促进了原电池反应 的快速进行,进一步提高氯代有机物的脱氯效率。目前将超声波/Fe联合技术用于土壤氯丹和灭蚁灵污染的修复还未见文献报道。
发明内容
1.发明要解决的技术问题针对目前土壤修复技术的诸多不足,本发明提供利用 超声波/Fe去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法,用于解决土壤修复方法中存在的氯丹和灭蚁 灵修复速率低、修复成本高的问题。2.技术方案利用超声波/Fe去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法,其步骤包括(1)确 定污染土壤中的氯丹和灭蚁灵含量;(2)采用超声降解实验,控制降解时间和超声波机械 功率,确定不同浓度污染土壤修复所需铁的用量;(3)采用超声降解实验,控制超声时间和 铁的用量,确定不同浓度污染土壤修复所需功率;(4)采用超声降解实验,控制超声功率和 铁的用量,确定不同浓度污染土壤修复所需的降解时间;(5)在以上步骤得到的条件下,将 铁作为氯丹和灭蚁灵脱氯、降解的还原剂,对土壤中的氯丹和灭蚁灵进行超声降解。本发明适合处理的土壤是含氯丹和灭蚁灵等含氯难降解有机污染物的污染土壤, 处理效果随着氯丹和灭蚁灵的浓度逐渐增加而降低,随着铁的量的增加去除率先上升后下 降,随着功率的增加先上升后降低。铁的用量可根据具体情况调节,铁和土壤质量比的优选 范围为1 100 1 500。
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所述降解可在不同功率条件下进行,优选在200 600w范围内对土壤中氯丹和灭 蚁灵超声降解去除。超声降解时间可根据具体条件作适当调整,超声时间为o. 5h 2h。3.有益效果本发明利用超声波/Fe去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法,与其他用于 去除地土壤中氯丹和灭蚁灵的土壤修复技术相比如下的特点和优势①可有效去除土壤中 氯丹和灭蚁灵,氯丹去除效率可达96%,灭蚁灵去除率可达97%②可有效降解土壤中的氯 丹和灭蚁灵,无或少二次污染,且操作简单、成本较低。
图1为实验室超声波/Fe去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法所用的的装置运行流程
示意图;如图所示,主要包括四个部分超声波发生器(1)、换能器(2)、变幅杆(3)、反应瓶 ⑷。
具体实施例方式下面结合实施例和附图进一步说明本发明。实施例所用装置运行流程如图1所示超声波发生器1将市电转变成18-21KHZ交 变电能供给换能器2,换能器2的电振子随交变电压以18-21KHZ频率作伸缩弹性形变,换能 器2随之作纵向机械振动。振动波通过浸入在溶液中的钛合金变幅杆3产生空化效应,激发 反应瓶4中的介质微粒剧烈振动,在零价铁的作用下,降解污染物氯丹和灭蚁灵。以下实施 例将污染土壤冷冻干燥,磨碎、低温保存备用。用GC-MS测定土壤样品中的氯丹和灭蚁灵含 量。受试土壤氯丹浓度范围在lOOppm 1800ppm,灭蚁灵浓度范围在lOOppm lOOOppm。实施例1 采用超声波降解实验研究超声波/Fe降解土壤中氯丹、灭蚁灵所需铁的用里。分别取高污染土壤样品(氯丹浓度1600ppm,灭蚁灵浓度960ppm) 50g 土壤放入6 个 250ml 聚乙烯瓶中,加入 0. 0025g,0. 005g,0. 01g,0. 05g,0. lg,0. 5g 铁,加入 100ml 水, 450w下超声lh后离心分离水和土壤,测定土壤中的氯丹和灭蚁灵含量;分别取低污染土 壤样品(氯丹浓度lOOppm,灭蚁灵浓度lOOppm) 50g 土壤放入6个250ml聚乙烯瓶中,加入 0. 005g, 0. 01g, 0. 05g, 0. lg,0. 5g,1. Og 铁,加入 100ml 水,450w 下超声 lh 后离心分离水和 土壤,测定土壤中的氯丹和灭蚁灵含量。结果显示,氯丹和灭蚁灵的降解率随铁的用量的增加先上升后下降,高污染土壤 与铁的质量比为500 1时效果最佳,氯丹和灭蚁灵含量可分别降至2. 26ppm和0. 34ppm。 低污染土壤与铁的质量比为100 1时效果最佳,氯丹和灭蚁灵含量可分别降至1.09和 0. 33ppm。实施例2 采用超声波降解实验研究超声波/Fe降解土壤中氯丹、灭蚁灵所需的超 声波功率。分别取高污染土壤样品(氯丹浓度1600ppm,灭蚁灵浓度960ppm) 50g 土壤放入3 个250ml聚乙烯瓶中,加入一定量的铁(土壤与铁的质量比为500 1),加入100ml水,分 别于200w、450w、600w下超声lh后离心分离水和土壤,测定土壤中的氯丹和灭蚁灵含量;分 别取低污染土壤样品(氯丹浓度lOOppm,灭蚁灵浓度lOOppm) 50g 土壤放入3个250ml聚 乙烯瓶中,加入一定量的铁(土壤与铁的质量比为100 1),加入100ml水,分别于200w、450w,600w下超声lh后离心分离水和土壤,测定土壤中的氯丹和灭蚁灵含量。结果显示,在450w条件下,氯丹和灭蚁灵降解率达到最高,高污染土壤氯丹和灭 蚁灵降解率分别为99. 7%和96. 4% ;低污染组土壤氯丹和灭蚁灵降解率分别为99. 4%和 98. 2%。实施例3 采用超声波降解实验研究超声波/Fe降解土壤中氯丹、灭蚁灵所需的超 声降解时间。分别取高污染土壤样品(氯丹浓度1600ppm,灭蚁灵浓度960ppm) 50g 土壤放入3 个250ml聚乙烯瓶中,加入一定量的铁(土壤与铁的质量比为500 1),加入100ml水,450w 条件下分别超声0. 5h、l. 0h、l. 5h后离心分离水和土壤,测定土壤中的氯丹和灭蚁灵含量。 分别取低污染土壤样品(氯丹浓度lOOppm,灭蚁灵浓度lOOppm) 50g 土壤放入3个250ml聚 乙烯瓶中,加入一定量的铁(土壤与铁的质量比为100 1),加入100ml水450w条件下分 别超声0. 5h、l. 0h、l. 5h后离心分离水和土壤,测定土壤中的氯丹和灭蚁灵含量。结果显示,超声lh后,高污染组土壤和低污染组土壤氯丹和灭蚁灵降解率达95% 以上。
权利要求
一种利用超声波/Fe去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法,其步骤包括(1)确定污染土壤中的氯丹和灭蚁灵含量;(2)采用超声降解实验,控制降解时间和超声波机械功率,确定不同浓度污染土壤修复所需铁的用量;(3)采用超声降解实验,控制超声时间和铁的用量,确定不同浓度污染土壤修复所需功率;(4)采用超声降解实验,控制超声功率和铁的用量,确定不同浓度污染土壤修复所需的降解时间;(5)在以上步骤得到的条件下,将铁作为氯丹和灭蚁灵脱氯、降解的还原剂,对土壤中的氯丹和灭蚁灵进行超声降解。
2.根据权利要求1所述的利用超声波/Fe去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法,其特征在 于土壤质量(g)与铁的用量(g)之比为500 1 100 1。
3.根据权利要求1所述的利用超声波/Fe去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法,其特征在 于处理时间为0. 5h 2h,功率为200w 600w。
全文摘要
本发明公开了超声波/Fe去除土壤中氯丹和灭蚁灵的方法,属于土壤中农药残留的治理领域。其核心是以零价铁作为还原剂去除土壤中的氯丹和灭蚁灵。其步骤为确定污染土壤中的氯丹和灭蚁灵含量;确定不同浓度污染土壤修复所需铁的用量,控制降解时间和超声波机械功率;确定不同浓度污染土壤修复所需功率,控制超声时间和铁的用量;采用超声降解优化实验确定不同浓度污染土壤修复所需时间,控制超声功率和铁的用量。本发明有如下的效果①可有效去除土壤中氯丹和灭蚁灵,氯丹去除效率可达96%,灭蚁灵去除率可达97%;②可有效降解土壤中的氯丹和灭蚁灵,无或少二次污染,且操作简单、成本较低。
文档编号B09C1/00GK101941019SQ20101025820
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月19日 优先权日2010年8月19日
发明者任丽静, 吴海锁, 孙和喜, 季荣, 王志良, 郭红岩 申请人:南京大学