申请日2018.11.29
公开(公告)日2019.04.05
IPC分类号B09C1/08
摘要
本发明提供了一种污泥磁性碳强化电动‑化学氧化修复有机污染土壤的方法，包括以下步骤：S1、将污泥碳化得到污泥碳，然后采用磁铁矿粉对所述污泥碳进行改性，制备得到污泥磁性碳;S2、将所述污泥磁性碳添加到待修复土壤中，搅拌均匀，得到混合土壤;S3、采用电动扩散的方式将氧化剂添加到所述混合土壤中，即采用电动注入的方式将氧化剂(过硫酸钠溶液)添加到修复土壤中。本发明利用污泥磁性碳高效催化过硫酸钠在修复土壤中产生强氧化性的自由基。该方法克服了传统的过硫酸盐活化造成的高能耗，二次污染等问题，同时提高有机污染物的降解率。该方法既适用于异位修复，也能用于原位修复，是一项有应用前景的有机污染土壤修复技术。
权利要求书
1.一种污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将污泥碳化得到污泥碳，然后采用磁铁矿粉对所述污泥碳进行改性，制备得到污泥磁性碳;
S2、将所述污泥磁性碳添加到待修复土壤中，搅拌均匀，得到混合土壤;
S3、采用电动扩散的方式将氧化剂添加到所述混合土壤中。
2.根据权利要求1所述的污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤S1中，所述碳化的步骤包括：将烘干后的污泥在加热及活化气保护的条件下进行碳化;所述碳化的温度为500℃～600℃，升温的速率为20～30℃/h，碳化的时间为1～2h;所述活化气为二氧化碳，二氧化碳的通气量为100～200mL/min。
3.根据权利要求1所述的污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤S1中，所述改性的步骤包括：将污泥碳与磁铁矿粉在搅拌装置中碰撞，并加入雾化态的浓硫酸，反应后制得污泥磁性碳。
4.根据权利要求3所述的污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，所述反应的条件为：温度为70℃～80℃、转速为60～70r/min条件下反应1～3h。
5.根据权利要求1所述的污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，所述污泥磁性碳的粒径为0.01mm～0.02mm，比表面积为500～700m2/g。
6.根据权利要求1所述的污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤S2中，所述污泥磁性碳的添加质量为待修复土壤质量的1%～12%。
7.根据权利要求1所述的污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤S3中，所述氧化剂为过硫酸钠溶液;所述过硫酸钠溶液的质量浓度为5%～20%。
8.根据权利要求1所述的污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，步骤S3中，所述电动扩散的方式通过电动反应器实现;
所述电动反应器包括阴极、阳极、土壤修复池和进药池，其中，所述阳极设置在进药池的中心，所述阴极设置在所述进药池的外周;
所述土壤修复池和进药池同轴设置，所述土壤修复池靠近阳极，所述进药池靠近阴极，所述土壤修复池和进药池之间通过带小孔的塑料板隔开;
所述土壤修复池用于填充待修复土壤，所述进药池用于填充氧化剂，所述氧化剂的带负电部分由外周阴极向中心阳极扩散;
所述阴极和阳极均与控制柜连接。
9.根据权利要求1所述的污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，所述电动装置中，阴极、阳极的材质分别选自石墨、铁、不锈钢、合金中的一种;所述电动装置中，阴极、阳极之间的直流电压梯度为50～200V/m。
10.根据权利要求1所述的污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，其特征在于，所述待修复土壤中含水率为20%～30%。
说明书
磁性污泥碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体地，涉及一种磁性污泥碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法。
背景技术
随着城市化和工业化的飞速发展，土壤污染日益严重，已经成为威胁人类健康、影响生态环境的重要因素。其中，有机污染土壤是一种典型的难以防治的污染源，它主要来源于农药的使用以及化工厂的不合理排放。
目前，有机污染土壤的修复技术已经形成并得到了应用，主要包括物理热解吸修复技术、化学强氧化修复技术以及生物降解修复技术。其中物理热解吸修复技术的能耗高，操作复杂，并且影响土壤的肥力与结构等问题均限制了其在有机污染土壤修复中的应用。而在生物修复中，微生物，植物等抗性差，难以适应实际环境，并且修复周期长难以被推广。化学氧化修复技术相对比较成熟，应用效果比较稳定，利用化学试剂的强氧化性促进有机污染物的分解。
过硫酸盐及过氧化氢等氧化剂在土壤修复中应用比较广泛，但是，单一氧化剂的使用去除效率极低，活化也较困难，造成试剂的浪费及土壤的二次污染。因此氧化剂的活化技术成为去除有机污染物的关键，大多工艺采用热活化技术，但造成的能耗巨大，难以推广。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于弥补现有技术中过硫酸钠活化困难及有机污染物降解率不高的缺陷，提供一种磁性污泥碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法。该方法利用污泥磁性碳在活化过硫酸钠方面的强大催化活性，使土壤中的过硫酸盐氧化有机污染物效率更高。
本发明提供一种污泥磁性碳能高效的活化氧化剂产生强氧化性的自由基，来源于废弃物，如果能够在环境治理中得到应用，能起到变废为宝的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供一种污泥磁性碳强化电动-化学氧化修复有机污染土壤的方法，包括如下步骤：
S1、将污泥碳化得到污泥碳，然后采用磁铁矿粉对所述污泥碳进行改性，制备得到污泥磁性碳;
S2、将所述污泥磁性碳添加到待修复土壤中，搅拌均匀，得到混合土壤;
S3、采用电动扩散的方式将氧化剂添加到所述混合土壤中。采用电动的方式将氧化剂(过硫酸钠溶液)添加到修复土壤中，利用污泥磁性碳高效催化过硫酸钠在修复土壤中产生强氧化性的自由基。
优选地，步骤S1中，所述碳化的步骤包括：将烘干后的污泥在加热及活化气保护的条件下进行碳化;所述碳化的温度为500℃～600℃，升温的速率为20～30℃/h，碳化的时间为1～2h;若碳化温度过低，易碳化不彻底;温度过高，易熔融孔隙。
优选地，所述活化气为二氧化碳，二氧化碳的通气量为100～200mL/min。
优选地，步骤S1中，所述改性的步骤包括：将污泥碳与磁铁矿粉在搅拌装置中碰撞，并加入雾化态的浓硫酸，反应后制得污泥磁性碳。
优选地，所述反应的条件为：温度为70℃～80℃、转速为60～70r/min条件下反应1～3h。制备过程中为浓硫酸自主放热，温度大约为70℃左右，若温度过高易造成污泥碳失磁。
优选地，步骤S1中，所述磁铁矿粉为天然磁铁矿粉，其中磁性物含量为91%，含铁量为68%，Fe3O4含量为85%，Fe2O3含量为3.2%，SiO2含量为4.2%。
优选地，所述污泥磁性碳的粒径为0.01～0.02mm，比表面积为500～700m2/g。使用前，对污泥磁性碳进行筛分处理，得到所需粒径。上述粒径大小的污泥磁性碳能与过硫酸钠能充分接触，提高对过硫酸钠的活化程度。
优选地，步骤S2中，所述污泥磁性碳的添加质量为待修复土壤质量的1%～12%。
更优选地，步骤S2中，所述污泥磁性碳的添加质量为待修复土壤质量的8%～10%。
优选地，步骤S2中，所述搅拌均匀后静置12～24h。
更优选地，步骤S2中，所述搅拌均匀后静置12h。
优选地，步骤S3中，所述氧化剂为过硫酸钠溶液。
优选地，所述过硫酸钠溶液的质量浓度为5%～20%。
更优选地，步骤S3中，所述过硫酸钠溶液的质量浓度为15%～20%。
优选地，步骤S3中，所述电动扩散的方式通过电动反应器实现;所述电动反应器包括阴极、阳极、土壤修复池和进药池，其中，所述阳极设置在进药池的中心，所述阴极设置在所述进药池的外周;所述土壤修复池和进药池同轴设置，所述土壤修复池靠近阳极，所述进药池靠近阴极，所述土壤修复池和进药池之间通过带小孔的塑料板隔开;所述土壤修复池用于填充待修复土壤，所述进药池用于填充氧化剂，所述氧化剂的带负电部分由外周阴极向中心阳极扩散;所述阴极和阳极均与控制柜连接。在反应器四周设置为阴极，中心设置为阳极。所述阳极和阴极分别与控制柜的正负极连接。过硫酸钠添加至进药池后，进药池与土壤修复池之间通过带孔的板隔开。由于S2O82-带负电，因此由四周阴极向中心阳极扩散。
优选地，所述电动装置中，阴极、阳极的材质分别选自石墨、铁、不锈钢、合金中的一种。
更优选地，所述电动装置中，阴极、阳极的材质均为石墨。
优选地，所述电动装置中，阴极、阳极之间的直流电压梯度为50～200V/m。
更优选地，所述电动装置中，阴极、阳极之间的直流电压梯度为100～200V/m。
优选地，所述待修复土壤中含水率为20%～30%。含水率低造成过硫酸钠扩散困难，含水率过高易造成整个电动装置短路。
更优选地，所述待修复土壤中含水率为20%。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明基于磁性污泥碳催化过硫酸钠产生强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基，自由基的产生速率快，对有机污染物有较好的去除效果，具体地，与传统土壤修复方法相比优势在于：
1)本发明能减少过硫酸钠的损失，提高有机污染物的去除效率。
2)本发明中使用的污泥磁性碳易制取，与过硫酸钠进行协同修复有机污染物具有普适性，对各类有机污染物均有不错的去除效果。
3)本发明利用污泥磁性碳活化过硫酸钠的工艺取代传统的加热活化工艺能显著降低能耗，具有较高的经济价值。
4)本发明中选取的污泥磁性碳材料对土壤不会造成二次污染，可减少对土壤性质的影响。
5)本发明适用于异位修复，同时也可用于原位修复。