萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置及方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，具体地说涉及一种萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置及方法。

背景技术：

土壤洗涤是一种异位修复技术，是将从污染场地挖掘出来的污染土壤经过预处理后与洗涤液在洗涤反应器中混合，在一定条件下，通过搅拌等外力的辅助，使污染土壤和洗涤液发生作用，分离出洗过的土壤进行回填或深度处理，同时收集得到了富集污染物的土壤洗涤液。土壤洗涤可以去除90～99％的挥发性有机物和40～90％半挥发性的有机物。

土壤洗涤液的特征是含有大量土壤颗粒、非离子型表面活性剂和多种难溶性疏水性有机物的混合溶液。在土壤洗涤过程中，为了达到较好的洗涤效果，通常使用较高浓度的非离子型表面活性剂，虽然土壤吸附了一定量的非离子型表面活性剂，但土壤洗涤液中的非离子型表面活性剂浓度仍然非常高。此洗涤液一方面不能直接排放，再者废液中的非离子型表面活性剂可以回收利用。如果从洗涤废液中分离出非离子型表面活性剂，由可以减少非离子型表面活性剂的购买成本，并实现土壤洗涤工艺中零废水的排放。

中空纤维管是一种管状的憎水性高分子纤维，管壁上有若干微孔，孔隙率约在60％左右。用中空纤维管作为固定膜，膜溶剂浸透中空纤维膜的微孔，并渗透至另一侧，这样，土壤洗涤液和膜溶剂在膜表面发生传质，其中，土壤洗涤液通过中空纤维膜，膜溶剂通过管束的空间。

中国专利申请号201511026529.1、名称为“一种回收土壤淋洗液的非离子型表面活性剂的方法”，该发明利用剩余污泥对聚氧乙烯型非离子非离子型表面活性剂或生物非离子型表面活性剂的吸附作用较小的特点，与本发明的技术原理不同。

中国专利申请号201110109507.7、名称为“一种从土壤洗涤液中回收非离子型表面活性剂的方法”，该发明利用活性炭对土壤洗涤液体中非离子型表面活性剂和憎水性有机物选择性吸附机理，与本发明的技术原理不同。

中国专利申请号201510084980.2、名称为“萃取分离地下水中有机污染物和非离子型表面活性剂的装置及方法”，该发明是利用化合物在两种互不相溶(或部分互溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中的原理，没有使用本发明的中空纤维膜组件。。

可见，利用固定膜萃取技术，以中空纤维膜为载体，分离疏水性有机物和非离子型表面活性剂的研究还较少。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置及方法，以中空纤维膜为固定膜萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂。可以回收土壤洗涤液中90％以上的非离子型表面活性剂的同时去除90％的疏水性有机物，分离过程中不产生泡沫，同时适用于挥发性和非挥发性的有机物污染土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的回收，分离出的非离子型表面活性剂可以直接应用于下一轮土壤洗涤中。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置，包括内置中空纤维膜组件的中空纤维膜器；所述中空纤维膜组件为膜溶剂浸泡过的中空纤维膜组件，所述中空纤维膜器具有膜溶剂的注入口和膜溶剂废液的排出口以及土壤洗涤液的注入口和非离子型表面活性剂的回收口；所述土壤洗涤液为用非离子型表面活性剂洗涤有机污染土壤后得到的土壤洗涤液，所述膜溶剂有较低的化学位或者高于非离子型表面活性剂的溶解能力。

作为对上述技术方案的改进，所述膜溶剂为正己烷、正癸烷、正十六烷或二氯甲烷中的一种。

作为对上述技术方案的改进，所述非离子型表面活性剂为聚乙二醇对异辛基苯基醚(TX 100)或聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(Tween 80)。

作为对上述技术方案的改进，所述中空纤维膜组件为微孔径为0.02-1um、孔隙率在50％-80％的高分子纤维膜组件。

作为对上述技术方案的改进，所述中空纤维膜组件由多根中空纤维膜排列成束状；所述中空纤维膜由聚乙烯、聚丙烯、聚砜或四氟乙烯制作而成；所述中空纤维膜内径为1.0-5.0mm、外径为2.0-6.0mm。

作为对上述技术方案的改进，所述中空纤维膜组件还包括设置在束状中空纤维膜两端的用环氧树脂铸成的管板，所述管板设置有若干个连通口，所述膜溶剂的注入口、非离子型表面活性剂的回收口与下端管板的连通口相连通，所述土壤洗涤液的注入口、膜溶剂废液的排出口与上端管板的连通口相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置还包括依次通过管道连接的用于洗涤有机污染土壤的搅拌池、用于土壤洗涤液水土分离的沉淀池、用于调节土壤洗涤液水量和盐分的调节池、中空纤维膜器、回收池；所述中空纤维膜组件设置在中空纤维膜器的内腔中，所述调节池与土壤洗涤液的注入口、所述膜溶剂的注入口与膜溶剂供应池通过连通管道相连通，该连通管道上分别设置有蠕动泵；所述回收池与非离子型表面活性剂的回收口、所述膜溶剂废液的排出口与膜溶剂废液的集聚池通过连通管道相连通。

作为对上述技术方案的改进，本发明并提供了一种利用该萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置回收土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的方法，该方法的步骤是：

S1、在搅拌池内用非离子型表面活性剂洗涤有机污染土壤，液固体积比为10∶1，回收洗涤后的液体，得到土水混合液；

S2、将土水混合液转移至沉淀池中，静置12小时，收集上层溶液，得到土壤洗涤液；土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的浓度要大于其三倍的临界胶束浓度。

S3、将土壤洗涤液转移至调节池内，加入盐分；

S4、将中空纤维膜组件在膜溶剂中浸泡12小时，再装入中空纤维膜器内，通过蠕动泵将膜溶剂从膜溶剂的注入口注入，膜溶剂废液的排出口流出，调节膜溶剂的注入口注入流速为10-30mL/min；

S5、等膜溶剂废液的排出口流出液稳定后，通过蠕动泵将调节好的土壤洗涤液体注入中空纤维膜器土壤洗涤液的注入口，非离子型表面活性剂的回收口排出，调节土壤洗涤液的注入口注入流速为80-120mL/min；

S6、等非离子型表面活性剂的回收口流出液稳定后，收集流出液，即得到回收好的非离子型表面活性剂；

S7、将回收好的非离子型表面活性剂与新鲜的非离子型表面活性剂混合后，再注入搅拌池进行土壤洗涤。

作为对上述技术方案的改进，所述盐分是指氯化钠或者氯化钙，其浓度在100-200mg/L间。

发明中，所述的疏水性有机物(HOCs)是指多环芳烃、多氯联苯、硝基芳香类化合物和有机氯农药等，本发明中以菲(PHE)为代表。

发明的原理是利用疏水性有机物在中空纤维膜两侧载体有不同的分配系数。土壤洗涤液中的非离子型表面活性剂多数为胶团态，疏水性有机物多为胶团溶解态。在传质过程中，土壤洗涤液中的游离态疏水性有机物会进入分配系数较高的膜溶剂中，导致洗涤液中疏水性有机物的化学位降低，而非离子型表面活性剂胶团中的化学位较高，从而提供了疏水性有机物从胶团内向胶团外迁移的推动力，使更多的疏水性有机物进入膜溶剂中，并且，进入膜溶剂中的疏水性有机物不能返回至非离子型表面活性剂胶团中，最终可以回收非离子型表面活性剂溶液。

在土壤洗涤液中加入适量盐分，可以增加非离子型表面活性剂的临界胶束浓度，增大胶团聚集数，有利于非离子型表面活性剂疏水性有机物的分离。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：

本发明的萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置及方法，分离过程中不产生泡沫，同时适用于挥发性和非挥发性的有机物污染土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的回收，分离出的非离子型表面活性剂可以直接应用于下一轮土壤洗涤中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的中空纤维膜器及其相关组件的连接结构示意图；

图2为萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1、2所示，本发明的萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置，包括内置中空纤维膜组件2的中空纤维膜器1；所述中空纤维膜组件2为膜溶剂浸泡过的中空纤维膜组件，所述中空纤维膜器1具有膜溶剂的注入口和膜溶剂废液的排出口以及土壤洗涤液的注入口和非离子型表面活性剂的回收口；所述土壤洗涤液为用非离子型表面活性剂洗涤有机污染土壤后得到的土壤洗涤液，所述膜溶剂有较低的化学位或者高于非离子型表面活性剂的溶解能力。

作为对上述技术方案的改进，所述膜溶剂为正己烷、正癸烷、正十六烷或二氯甲烷中的一种。

作为对上述技术方案的改进，所述非离子型表面活性剂为聚乙二醇对异辛基苯基醚(TX 100)或聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(Tween 80)。

作为对上述技术方案的改进，所述中空纤维膜组件2为微孔径为0.02-1um、孔隙率在50％-80％的高分子纤维膜组件。

作为对上述技术方案的改进，所述中空纤维膜组件2由多根中空纤维膜排列成束状；所述中空纤维膜由聚乙烯、聚丙烯、聚砜或四氟乙烯制作而成；所述中空纤维膜内径为1.0-5.0mm、外径为2.0-6.0mm。

作为对上述技术方案的改进，所述中空纤维膜组件还包括设置在束状中空纤维膜两端的用环氧树脂铸成的管板，所述管板设置有若干个连通口，所述膜溶剂的注入口、非离子型表面活性剂的回收口与下端管板的连通口相连通，所述土壤洗涤液的注入口、膜溶剂废液的排出口与上端管板的连通口相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置还包括依次通过管道连接的用于洗涤有机污染土壤的搅拌池3、用于土壤洗涤液水土分离的4、用于调节土壤洗涤液水量和盐分的调节池5、中空纤维膜器1、回收池8；所述中空纤维膜组件设置在中空纤维膜器1的内腔中，所述调节池5与土壤洗涤液的注入口、所述膜溶剂的注入口与膜溶剂供应池7通过连通管道相连通，该连通管道上分别设置有蠕动泵9；所述回收池8与非离子型表面活性剂的回收口、所述膜溶剂废液的排出口与膜溶剂废液的集聚池6通过连通管道相连通。

本发明的利用该萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置回收土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的方法，该方法的步骤是：

S1、在搅拌池内用非离子型表面活性剂洗涤有机污染土壤，液固体积比为10∶1，回收洗涤后的液体，得到土水混合液；

S2、将土水混合液转移至沉淀池中，静置12小时，收集上层溶液，得到土壤洗涤液；土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的浓度要大于其三倍的临界胶束浓度。

S3、将土壤洗涤液转移至调节池内，加入盐分；

S4、将中空纤维膜组件在膜溶剂中浸泡12小时，再装入中空纤维膜器内，通过蠕动泵将膜溶剂从膜溶剂的注入口注入，膜溶剂废液的排出口流出，调节膜溶剂的注入口注入流速为10-30mL/min；

S5、等膜溶剂废液的排出口流出液稳定后，通过蠕动泵将调节好的土壤洗涤液体注入中空纤维膜器土壤洗涤液的注入口，非离子型表面活性剂的回收口排出，调节土壤洗涤液的注入口注入流速为80-120mL/min；

S6、等非离子型表面活性剂的回收口流出液稳定后，收集流出液，即得到回收好的非离子型表面活性剂；

S7、将回收好的非离子型表面活性剂与新鲜的非离子型表面活性剂混合后，再注入搅拌池进行土壤洗涤。

作为对上述技术方案的改进，所述盐分是指氯化钠或者氯化钙，其浓度在100-200mg/L间。

发明中，所述的疏水性有机物(HOCs)是指多环芳烃、多氯联苯、硝基芳香类化合物和有机氯农药等，本发明以菲(PHE)为代表。

发明的原理是利用疏水性有机物在中空纤维膜两侧载体有不同的分配系数。土壤洗涤液中的非离子型表面活性剂多数为胶团态，疏水性有机物多为胶团溶解态。在传质过程中，土壤洗涤液中的游离态疏水性有机物会进入分配系数较高的膜溶剂中，导致洗涤液中疏水性有机物的化学位降低，而非离子型表面活性剂胶团中的化学位较高，从而提供了疏水性有机物从胶团内向胶团外迁移的推动力，使更多的疏水性有机物进入膜溶剂中，并且，进入膜溶剂中的疏水性有机物不能返回至非离子型表面活性剂胶团中，最终可以回收非离子型表面活性剂溶液。

在土壤洗涤液中加入适量盐分，可以增加非离子型表面活性剂的临界胶束浓度，增大胶团聚集数，有利于非离子型表面活性剂疏水性有机物的分离。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：

本发明的萃取分离土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的装置及方法，分离过程中不产生泡沫，同时适用于挥发性和非挥发性的有机物污染土壤洗涤液中非离子型表面活性剂的回收，分离出的非离子型表面活性剂可以直接应用于下一轮土壤洗涤中。

实施例1

1)用含有非离子型表面活性剂TX100的溶液在搅拌池内清洗有机污染土壤1，液固体积比为10∶1，清洗液转移至沉淀池内，去除固体颗粒物后回收洗涤后的液体，得到土壤洗涤液，检测该土壤洗涤液中含非离子型表面活性剂2683mg/L，菲46mg/L；

2)在调节池内加入不同浓度的氯化钠，调节土壤洗涤液的盐分；

3)利用正己烷为膜溶剂，在中空纤维膜组件中，将正己烷注入膜溶剂的注入口，调节流速为20mL/min，膜溶剂废液的排出口出流稳定后，将土壤洗涤液注入土壤洗涤液的注入口，调节流速为100mL/min，从非离子型表面活性剂的回收口收集流出液，即得到回收液。

检测：非离子型表面活性剂和菲的检测采用高效液相色谱。

结果见下表：

实施例2、

1)用含有非离子型表面活性剂TW80的溶液在搅拌池内清洗有机污染土壤1后，液固体积比为10∶1，清洗液转移至沉淀池内，去除固体颗粒物后回收洗涤后的液体，检测该土壤洗涤液中含非离子型表面活性剂3266mg/L，菲41mg/L；

2)在调节池内加入不同浓度的氯化钠，调节土壤洗涤液的盐分；

3)利用正己烷为膜溶剂，在中空纤维膜组件中，将正己烷注入膜溶剂的注入口，调节流速为20mL/min，膜溶剂废液的排出口出流稳定后，将土壤洗涤液注入土壤洗涤液的注入口，调节流速为100mL/min，从非离子型表面活性剂的回收口收集流出液，即得到回收液。

检测：非离子型表面活性剂和菲的检测采用高效液相色谱。

结果见下表：

实施例3、

1)考虑到实际土壤洗涤后的非离子型表面活性剂浓度唯一，故人工配制不同浓度的非离子型表面活性剂和疏水性有机物的共存溶液，模拟实际的土壤洗涤液；

2)在配制溶液加入不同浓度的氯化钠，调节溶液的盐分；

3)利用正己烷为膜溶剂，在中空纤维膜组件中，将正己烷注入膜溶剂的注入口，调节流速为20mL/min，膜溶剂废液的排出口出流稳定后，将配制溶液注入土壤洗涤液的注入口，调节流速为100mL/min，从非离子型表面活性剂的回收口收集流出液，即得到回收液。

检测：非离子型表面活性剂和菲的检测采用高效液相色谱。

结果

为了防止试验过程中发生两种溶液相互渗透的发生，要保持土壤洗涤液的流速要高于膜溶剂的流速。试验表明，加入盐分后，根据“盐溶盐析”原理，可以同时提高非离子型表面活性剂的回收率和疏水性有机物的去除率。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。