專利名稱：一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于重金屬污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
我國是水資源嚴(yán)重短缺的國家，然而由于污染嚴(yán)重，許多地區(qū)地下水水質(zhì)嚴(yán)重惡化，已不能被工業(yè)和生活使用，這使我國水資源短缺的形勢更加嚴(yán)峻，而其中一個(gè)重要的污染問題就是地下水中重金屬污染。重金屬是難以控制的污染物，其潛伏期長、危害呈慢性積累、不易被人們察覺、而且具有不可降解性，一旦進(jìn)入地下水環(huán)境中將產(chǎn)生持久的、一系列的污染，不易被除去。因此，對受重金屬污染的地下水環(huán)境修復(fù)變得越來越重要，其修復(fù)技術(shù)的研究已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。用于地下水污染的修復(fù)技術(shù)有很多種類型，基本上分為兩類物理化學(xué)類型和生物學(xué)類型。前者一般夠徹底清除地下水中的污染，但其缺點(diǎn)是嚴(yán)重影響地下水所處的生態(tài)環(huán)境，而且成本很高。比較來說，后者不會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，但是修復(fù)過程非常緩慢、效率低，不能滿足快速修復(fù)的需要。近年來，已經(jīng)出現(xiàn)利用表面活性劑去除、分離環(huán)境中重金屬的技術(shù)。但是，傳統(tǒng)的化學(xué)表面活性劑去除重金屬不徹底，容易導(dǎo)致二次污染。相比之下，生物表面活性劑具有環(huán)境相容性好、化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣、成本低廉且易于回收等優(yōu)點(diǎn)。和傳統(tǒng)化學(xué)合成表面活性·劑相比，生物表面活性劑具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)較低的表面張力和界面張力；(2)耐溫性，有些生物表面活性劑在90 °C的高溫下仍能保持其表面活性；(3 )耐鹽性，鹽溶液中不易鹽析；(4)可生物降解性，生物表面活性劑在水體和土壤中容易降解；(5)環(huán)境友好性，不對環(huán)境產(chǎn)生污染和破壞；(6)可原位合成，因而可以大大降低使用成本；(7)生產(chǎn)工藝簡單，常溫常壓下即可發(fā)生反應(yīng)；(8)生產(chǎn)原料來源廣闊、價(jià)廉，可以利用工業(yè)廢料和農(nóng)副產(chǎn)品為原料，生產(chǎn)過程對環(huán)境不產(chǎn)生危害。生物表面活性劑環(huán)境相容性好，在修復(fù)重金屬污染方面優(yōu)勢明顯，是前景很好的重金屬污染清潔劑。近來已陸續(xù)出現(xiàn)了利用表面活性劑來修復(fù)重金屬污染的相關(guān)研究。表面活性劑對重金屬陽離子具有增溶作用和增流作用，而且表面活性劑的鏈越長，其效應(yīng)越高。總體上，國內(nèi)外對于地下水重金屬污染的快速修復(fù)技術(shù)正處于探索階段，在我國則剛剛起步，取得的研究成果也十分有限，急需符合我國實(shí)際情況的適用技術(shù)。茶皂素，又名茶皂甙、皂角苷、皂甙，皂素中的一類，是從山茶科植物如茶、山茶、油茶中提出來的一種糖甙化合物，是一種純天然非離子型表面活性劑，它的分子中有親水性的糖體和疏水性的配基團(tuán)。因此，具有乳化、分散、潤濕、去污、發(fā)泡、穩(wěn)泡等多種表面活性，尤其具有很強(qiáng)的發(fā)泡能力，且產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定，不受水質(zhì)硬度的影響。余年來，國內(nèi)外學(xué)者對茶皂素的性質(zhì)、用途、捉職工藝、精制、應(yīng)用進(jìn)行大量有益的工作。國內(nèi)對茶皂素的研究起步較晚，在環(huán)保行業(yè)中的應(yīng)用還處于起步階段，近來已陸續(xù)出現(xiàn)了利用其修復(fù)環(huán)境中重金屬污染的相關(guān)研究，如茶皂素對污灌土、金屬冶煉廠周圍土等單一土壤中重金屬的修復(fù)，但利用其治理水中重金屬污染物的研究尚不多見。因此，研究茶皂素對地下水中重金屬污染修復(fù)的影響是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理系統(tǒng)及方法。一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理系統(tǒng)，其抽水井通過傳輸泵與循環(huán)式反應(yīng)器相連，輸水井與循環(huán)式反應(yīng)器相連；循環(huán)式反應(yīng)器與解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器通過兩條管路相連；循環(huán)式反應(yīng)器和解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器分別與I個(gè)加藥裝置相連；解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器與重金屬收集裝置相連。向循環(huán)式反應(yīng)器內(nèi)加入活性添加劑茶皂素以及所需其它輔助藥劑，將地下水中被重金屬污染的污水抽送至循環(huán)式反應(yīng)器內(nèi)與茶皂素反應(yīng)，處理后的水輸送回地下水的含水層中； 循環(huán)式反應(yīng)器不間斷的向解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器輸送含有重金屬和茶皂素絡(luò)合物的污水；向解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器內(nèi)加入重金屬捕捉劑N-915、NH3-N型重金屬沉淀劑或堿來沉淀重金屬使得茶皂素與重金屬解絡(luò)分離，再生的茶皂素送回至循環(huán)式反應(yīng)器內(nèi)；含有重金屬的污水送至重金屬收集器沉淀后收集。所述所需其它藥劑為EDTA。所述茶皂素為能與重金屬元素進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)。所述茶阜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.1 %,分子式為C57H9tlO26,相對分子量1222. 54 ;通過UV2501紫外可見分光光度計(jì)中速掃描確定，該茶皂素溶液在192. 00 nm處有最高吸收峰，同時(shí)在265. 40 nm處也有一個(gè)吸收峰；選用表面張力法,用自動(dòng)界面張力儀測定茶阜素的臨界膠束濃度為540 mg · L_\此時(shí)表面張力為42. 6 mN · πΓ1 ；所述重金屬元素為Cu、Zn、Cd、Pb和Cr中的一種或多種。所述堿為氫氧化鈉和十二硫酸鋁鉀中的一種或多種。本發(fā)明的有益效果為1.循環(huán)式反應(yīng)器與解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器系統(tǒng)一體化，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡
單，可靠性高。2.茶皂素活性添加劑適合去除地下水層中以各種形式存在的(自由相、固相、吸附相等)重金屬。3.出水水質(zhì)好，重金屬去除率在96%以上，各主要污染指標(biāo)均達(dá)到國家污水綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)。Pump-and-treat抽提修復(fù)技術(shù)將地下水抽取提升至地上后進(jìn)行處理,達(dá)標(biāo)后進(jìn)行回灌。這樣一方面可以防止受污染的地下水向周圍遷移，減少污染擴(kuò)散；另一方面，抽取出來的地下水可以在地面得到合適的處理凈化，然后再重新注入地下或者排放進(jìn)入地表水體，從而減少了地下水和土壤的污染程度。4.茶皂素活性添加劑價(jià)格低廉，容易獲得，性能穩(wěn)定，便于保存。該回收再生利用系統(tǒng)使得重金屬在水中不斷被去除的同時(shí)茶皂素可循環(huán)使用，降低成本，純天然生物活性添加劑不產(chǎn)生二次污染，與國內(nèi)外同類處理技術(shù)相比，在達(dá)到相同治理效果的前提下，該技術(shù)節(jié)省投資約30 % 50 %，維護(hù)和管理成本達(dá)到同類技術(shù)的40 % 75 %，在相同的資源投入情況下，系統(tǒng)篩選最優(yōu)運(yùn)行方案，達(dá)到最優(yōu)效果，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用達(dá)20% 35%。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號1_抽水井；2_傳輸泵；3_循環(huán)式反應(yīng)器；4_輸水井；5_解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器；6_重金屬收集裝置；7_加藥裝置。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理系統(tǒng)及方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理系統(tǒng)，其特征在于抽水井I通過傳輸泵2與循環(huán)式反應(yīng)器3相連，輸水井4與循環(huán)式反應(yīng)器3相連；循環(huán)式反應(yīng)器3與解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器5通過兩條管路相連；循環(huán)式反應(yīng)器3和解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器5分別與I個(gè)加藥裝置7相連；解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器5與重金屬收集裝置6相連。一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理方法，其具體方案如下向循環(huán)式反應(yīng)器3內(nèi)加入活性添加劑茶皂素以及所需其它藥劑，將地下水中被重金屬污染的污水抽送至循環(huán)式反應(yīng)器3內(nèi)與茶皂素反應(yīng)，處理后的水輸送回地下水的含水層中；循環(huán)式反應(yīng)器3不間斷的向解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器5輸送含有重金屬和茶皂素絡(luò)合物的污水；

向解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器5內(nèi)加入重金屬捕捉劑N-915、NH3_N型重金屬沉淀劑或堿來使得茶皂素與重金屬解絡(luò)分離，再生的茶皂素送回至循環(huán)式反應(yīng)器3內(nèi)；含有重金屬的污水送至重金屬收集器6沉淀后收集。所述所需其它藥劑為EDTA，EDTA作為人工合成的有機(jī)螯合劑能在很寬的pH范圍內(nèi)與大部分重金屬特別是過渡重金屬形成穩(wěn)定的復(fù)合物，不僅能解吸被吸附的金屬，也能溶解不溶性的金屬化合物。所述茶皂素為能與重金屬元素進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)。所述茶阜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.1 %,分子式為C57H9tlO26,相對分子量1222. 54 ;通過UV2501紫外可見分光光度計(jì)中速掃描確定，該茶皂素溶液在192. 00 nm處有最高吸收峰，同時(shí)在265. 40 nm處也有一個(gè)吸收峰；選用表面張力法,用自動(dòng)界面張力儀測定茶阜素的臨界膠束濃度為540 mg · L_\此時(shí)表面張力為42. 6 mN · πΓ1，如下表所示表I茶阜素表面張力值測量
權(quán)利要求
1.一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理系統(tǒng)，其特征在于抽水井(I)通過傳輸泵(2)與循環(huán)式反應(yīng)器(3)相連，輸水井(4)與循環(huán)式反應(yīng)器(3)相連；循環(huán)式反應(yīng)器(3)與解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器(5)通過兩條管路相連；循環(huán)式反應(yīng)器(3)和解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器(5)分別與I個(gè)加藥裝置(7)相連；解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器(5)與重金屬收集裝置(6)相連。
2.一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理方法，其特征在于，具體方案如下 向循環(huán)式反應(yīng)器內(nèi)加入活性添加劑茶皂素以及所需其它輔助藥劑，將地下水中被重金屬污染的污水抽送至循環(huán)式反應(yīng)器內(nèi)與茶皂素反應(yīng)，處理后的水輸送回地下水的含水層中； 循環(huán)式反應(yīng)器不間斷的向解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器輸送含有重金屬和茶皂素絡(luò)合物的污水； 向解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器內(nèi)加入重金屬捕捉劑N-915、NH3-N型重金屬沉淀劑或堿來沉淀重金屬使得茶皂素與重金屬解絡(luò)分離，再生的茶皂素送回至循環(huán)式反應(yīng)器內(nèi)； 含有重金屬的污水送至重金屬收集器沉淀后收集。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述所需其它藥劑為EDTA。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述茶皂素為能與重金屬元素進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其特征在干所述茶皂素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.1 %，分子式為C57H9tlO26，相對分子量1222. 54 ;通過UV2501紫外可見分光光度計(jì)中速掃描確定，該茶皂素溶液在192. 00 nm處有最高吸收峰，同時(shí)在265. 40 nm處也有一個(gè)吸收峰；選用表面張カ法，用自動(dòng)界面張カ儀測定茶皂素的臨界膠束濃度為540 mg じ1，此時(shí)表面張カ為42. 6 mN m 1 ;
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述重金屬元素為Cu、Zn、Cd、Pb和Cr中的ー種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述堿為氫氧化鈉和十二硫酸鋁鉀中的ー種或多種。
全文摘要
本發(fā)明屬于重金屬污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種茶皂素活性添加劑異位抽提循環(huán)處理系統(tǒng)及方法。本發(fā)明抽水井通過傳輸泵與循環(huán)式反應(yīng)器相連，輸水井與循環(huán)式反應(yīng)器相連；循環(huán)式反應(yīng)器與解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器通過兩條管路相連；循環(huán)式反應(yīng)器和解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器分別與1個(gè)加藥裝置相連；解絡(luò)分離和回收反應(yīng)器與重金屬收集裝置相連。本發(fā)明將重金屬污水與茶皂素反應(yīng)，然后通過重金屬捕捉劑N-915、NH3-N型重金屬沉淀劑或堿來使得茶皂素與重金屬解絡(luò)分離，含有重金屬的污水送至重金屬收集器沉淀后收集。本發(fā)明的方法適合處理受重金屬污染的地下水水質(zhì)，處理后出水水質(zhì)好，重金屬去除率在96％以上，各主要污染指標(biāo)均達(dá)到國家污水綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號C02F103/06GK103043822SQ201210585380
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者何理, 李晶, 盧宏瑋 申請人:華北電力大學(xué)