一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備及其方法，屬于污染土壤修復領域。該設備包括：水土混合與土壤粉碎系統，高速攪拌與超聲波強化反應集成系統和泥水分離系統。其方法為，在水土混合與土壤粉碎系統中，土壤與水充分混合的泥水混合物經過土壤粉碎裝置粉碎后進入集高速攪拌與超聲波強化反應與一體的集成系統，攪拌均勻后，開啟超聲波，根據污染土壤類型，人工投加合適的修復藥劑，土壤中的有機污染物即可在超聲波強化反應系統中被去除，反應完畢后，通過污泥泵進入泥水分離系統，分離后的水可循環(huán)使用。本設備實現了有機污染土壤處理的自動化，可應用于小型工業(yè)化生產，減少了人工投入，大大提高了生產效率，適于廣泛推廣應用。
【專利說明】一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于土壤修復設備領域，特別涉及一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備及其方法。
【背景技術】
[0002]土壤是人類生存與發(fā)展的重要自然資源和整個陸地生態(tài)系統賴以存在的基礎，對于農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和人類的生存都非常重要。據UNEP(聯合國環(huán)境規(guī)劃署)1990年報告(IRRTC),每年約有3-4億噸有機物進入環(huán)境，其中大部分進入了土壤環(huán)境。污染物進入土壤后，不僅影響植物生長發(fā)育及土壤內部生物群的變化與物質的轉化，導致糧食產量和質量下降，會對地表水、地下水等造成次生污染。污染物還可通過土壤-植物系統，對農產品安全構成嚴重威脅；經食物鏈進入人體，危害人群健康。
[0003]我國土壤污染的問題也很嚴重，對耕地資源可持續(xù)利用和糧食生產安全提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。比如，有機氯農藥已禁用近20年，土壤中殘留量已大大降低，但檢出率仍很高。隨著城市化和工業(yè)化進程加快，城市和工業(yè)區(qū)附近土壤有機污染也日益加劇，這些土壤的環(huán)境污染治理與修復刻不容緩。由于有機化合物具有較高土壤-水分配系數，一旦進入土壤后，其絕大多數積聚在土壤里，不僅難降解，而且毒性大，所以，世界各國都已投入大量人力、財力開展有機化合物污染土壤的修復技術研究。
[0004]有機污染土壤普遍存在于工業(yè)污染場地中，該場地修復技術的選擇不僅受工業(yè)場地污染特征的影響，還受到政治、經濟、社會等多種因素影響。當前，國內外學者廣泛關注的污染場地修復技術主要包括物理修復技術、化學修復技術、植物修復技術和微生物修復技術等。但受城市土地經濟價值的驅動，修復技術應該具有修復周期短、經濟合理、二次污染風險小、穩(wěn)定性聞的特點。
[0005]屬于化學修復技術范疇的超聲波-零價鐵技術是一種極具前景的深度氧化技術，是一種新型、清潔的凈化技術。超聲波降解技術集高級氧化技術、焚燒、超臨界氧化等多種技術于一身，具有適用廣、操作簡便、無(少)污染等特點。尤其適用于降解毒性高、難降解的有機物。
[0006]當前，已有研究表明超聲波/零價鐵方法可快速高效降解廢水中有機污染物。而應用超聲波/零價鐵方法處理有機污染土壤的設備化研究未見報道。本發(fā)明利用超聲波/零價鐵技術去除污染土壤中的有機污染物，研究制造可快速高效修復有機污染土壤的設備。

【發(fā)明內容】

[0007]1.發(fā)明要解決的技術問題
[0008]本發(fā)明的目的是，針對目前企業(yè)工業(yè)搬遷導致的有機污染場地現狀和需求，本發(fā)明提供一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備及其方法，該設備具有較快降解土壤中有機污染物的能力，并且穩(wěn)定性高，二次污染風險小，修復成本相對較低等特點。[0009]2.技術方案
[0010]本發(fā)明要解決的技術問題所采取的技術方案是:
[0011]一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備，包括依次相連的儲水槽、高壓水泵、泥斗、閥門、高速攪拌粉碎器、污泥泵、泥水分離裝置和水循環(huán)管道，其中儲水槽通過高壓水泵與泥斗相連，泥斗與高速攪拌粉碎器之間設置有閥門，高速攪拌粉碎器通過污泥泵與泥水分離裝置連接，超聲波振板安裝在高速攪拌粉碎器外壁的內側，超聲波振板與超聲波發(fā)生器相連接，儲水槽位于地面以下，泥水分離裝置的出水口通過水循環(huán)管道與儲水槽連接，經過泥水分離裝置分離的水相可直接通過水循環(huán)管道進入儲水槽。
[0012]所述安裝在高速攪拌粉碎器外壁的內側的超聲波振板，購自上海和喬超聲設備有限公司，超聲波額定功率為1200?，頻率為28/40KHZ，由超聲波發(fā)生器控制。
[0013]所述高速攪拌粉碎器總高1800_，裝置整體內徑為1200_，其中攪拌裝置內徑為700mm,圍繞攪拌裝置的套筒表面布滿內徑為IOmm的小孔，轉速0-900轉每分鐘。
[0014]一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備，還包括自動化控制裝置，用于自動控制超聲波發(fā)生器和高速攪拌粉碎器的開啟、關閉。
[0015]所述超聲波振板材料為不銹鋼材質，泥水分離裝置材料為聚四氟乙烯材質。
[0016]用于有機污染場地土壤的方法為:將污染場地的土壤挖掘出來，放入泥斗中，由電機帶動粉碎漿對土壤進行粉碎工作，通過高壓水泵將儲水槽中的水泵入泥斗中，土壤粉碎后，打開泥斗底端閥門，泥水混合液進入高速攪拌粉碎器，由攪拌電機帶動轉軸上攪拌漿進行攪拌操作，實現泥水充分混合，隨后開啟超聲波發(fā)生器，超聲波開始運行，人工投加的方式向泥水混合液中加入零價鐵，超聲時間60-90分鐘，超聲波功率1200W-3600W。經過超聲波-零價鐵處理的泥水混合物，由污泥泵泵入泥水分離裝置，固液分離后的水相通過循環(huán)管道進入儲水槽，實現了水的 可循環(huán)使用，經泥水分離系統脫水后的泥可在露天自然風干。經過超聲波-零價鐵處理后土壤中的有機污染物符合相關標準。經泥水分離的細顆粒土壤可用作復墾或農田土壤，至此即完成整個土壤修復過程。
[0017]3.有益效果
[0018]本發(fā)明一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備及其方法，實現了污染土壤化學修復的自動化，可應用于工業(yè)化應用，減少人工投入，大大提高了生產效率。
[0019]進一步的，本發(fā)明超聲波-零價鐵修復有機污染場地土壤設備中，采用投入式超聲波振板提供超聲波，投入式超聲波振板，由超聲波振板與超聲波發(fā)生器兩部分構成，超聲波振板安裝在高速攪拌粉碎裝置外壁的內側，型號為VGT-1024，超聲波額定功率為1200w，頻率為28/40KHZ，由超聲波發(fā)生器控制。超聲波處理裝置材料為不銹鋼材質，超聲波功率及時間可調。本發(fā)明中所使用的零價鐵的量可根據土壤中污染物的多少增加或減少用量，從而可展開多樣的對比試驗，有助于在實踐中調整具體的處理方案，達到最佳處理效果。
[0020]本發(fā)明所使用的超聲波降解技術集高級氧化技術、焚燒、超臨界氧化等多種技術于一身，具有適用廣、操作簡便、無(少)污染等特點。
[0021]可見，本發(fā)明結構簡單，處理流程合理，實現了土壤修復的自動化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備的結構示意圖。[0023]圖2為高速攪拌粉碎器結構示意圖。
[0024]圖上標注為:1儲水槽、2高壓水泵、3泥斗、4閥門、5高速攪拌粉碎器、6污泥泵、7泥水分離裝置、8超聲波振板、9超聲波發(fā)生器、5-1攪拌電機、5-2轉軸、5-3攪拌槳葉、5_4套筒。
[0025]圖3為實施例一中氯苯在不同處理條件下的去除率。
[0026]圖4為實施例二中1，3- 二氯苯在不同零價鐵用量下的去除率。
[0027]圖5為實施例二中1，4- 二氯苯在不同零價鐵用量下的去除率。
[0028]圖6為實施例二中1，2，4-三氯苯在不同零價鐵用量下的去除率。
【具體實施方式】
[0029]如圖1所示，本發(fā)明涉及一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備，包括依次相連的儲水槽1、高壓水泵2、泥斗3、閥門4、高速攪拌粉碎器5、污泥泵6、泥水分離裝置7和水循環(huán)管道，其中儲水槽I通過高壓水泵2與泥斗3相連，泥斗3與高速攪拌粉碎器5之間設置有閥門4，高速攪拌粉碎器5通過污泥泵6與泥水分離裝置7連接，超聲波振板8安裝在高速攪拌粉碎器5外壁的內側，超聲波振板8與超聲波發(fā)生器9相連接，儲水槽I位于地面以下，泥水分離裝置7的出水口通過循環(huán)管道與儲水槽I連接，經過泥水分離裝置7分離的水相可直接通過水循環(huán)管道進入儲水槽I。所述高速攪拌粉碎器5總高約1800_，裝置整體內徑為1200mm，其中攪拌裝置內徑為700mm，圍繞攪拌裝置的套筒其表面布滿內徑約為IOmm的小孔，圖2中所示各部件`名稱:攪拌電機5_1，轉軸5_2，攪拌槳葉5_3，套筒5_4。
[0030]將土壤放入泥斗3中，土壤粉碎裝置對土壤進行粉碎，通過高壓水泵2把儲水槽I中的水泵入泥斗3 (土壤粉碎裝置)粉碎，土壤粉碎后，打開泥斗3 (土壤粉碎裝置)底端閥門4，泥水混合液進入高速攪拌粉碎機5，通過攪拌電機5-1、轉軸5-2、攪拌槳葉5-3和套筒5-4作用將泥水混合均勻后，開啟超聲波，隨后人工向泥水混合液中投加零價鐵，待反應90分鐘后，把處理后的泥水混合液通過污泥泵6泵入泥水分離裝置7，泥水分離后水相可以通過循環(huán)管道進入儲水槽I可供循環(huán)使用。超聲波功率及攪拌速率可調，超聲波處理裝置材料為不銹鋼材質，泥水分離裝置為聚四氟乙烯材質，其他部分為碳鋼材質。設備還包括自動控制裝置，可自動控制超聲波發(fā)生器9和高速攪拌粉碎器5的開啟、關閉。
[0031]實施例一:
[0032]中試實驗土壤采用人工污染土壤，取農田表層20cm 土壤，然后用丙酮溶解的氯苯溶液進行污染，濃度為150mg.kg'
[0033]中試實驗分為兩個處理組，即單獨超聲波處理和超聲波/零價鐵協同處理，每組土壤用量為50kg，水土比為3:1，超聲波/零價鐵處理組零價鐵用量為100g。中試設備運行參數為:超聲波功率為1200W，攪拌速率為300r/min，超聲波處理時間為90min。采用自動控制裝置控制超聲波運行和攪拌運行時間，設定超聲波裝置和攪拌裝置運行時間為90min，達到運行總時間后設備自動停止。運行結束后，采集泥狀樣品，分析處理后的土壤中氯苯含量。
[0034]圖3給出了不同處理條件下氯苯的去除效果，結果顯示單獨超聲波處理90min后土壤中氯苯含量由150mg *kg_1降至2.23mg ?kg'去除率為98%,超聲波/零價鐵處理氯苯污染土壤90min后，土壤樣品未檢出氯苯，說明超聲波/零價鐵聯合技術可實現氯苯的快速去除。
[0035]實施例二:
[0036]實驗土壤取自某農藥廠污染場地土壤。
[0037]在超聲波/零價鐵協同處理的條件下，為探究零價鐵用量對土壤中污染物去除效率的影響，設置3組實驗，零價鐵用量分別為:300g，600g和900g。每組實驗土壤用量為50kg，水土比為3:1。中試設備運行參數分別為:超聲波功率為1200W、2400W、3600W，攪拌速率為300r/min，超聲波處理時間為60min、75min、90min。采用自動控制裝置控制超聲波運行和攪拌運行時間，設定超聲波裝置和攪拌裝置運行時間，自動啟動超聲波裝置和攪拌裝置，達到運行總時間后設備自動停止。泥水分離后，采集泥狀樣品分析土壤處理后污染物含量，分析的主要污染物為1，3-二氯苯、1，4-二氯苯和1，2，4-三氯苯。
[0038]分析結果表明，1，2，4-三氯苯均未檢出，圖6為1，2，4_三氯苯在不同零價鐵用量條件下的去除效果，可以看出1，2，4-三氯苯基本完全去除。圖4，圖5給出了不同零價鐵用量條件下1，3-二氯苯、1，4-二氯苯的去除率。結果表明，零價鐵用量為600g時，對該場地土壤中污染物的去除率最高，達到65%。因此，該設備對1，3-二氯苯、1，4-二氯苯和1，2，4-三氯苯污染的土壤具有較好的去除效果。
[0039]除上述實施例外，本設備還可有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種有機污染場地土壤超聲強化修復的設備，其特征在于:包括依次相連的儲水槽(I)、高壓水泵(2)、泥斗(3)、閥門(4)、高速攪拌粉碎器(5)、污泥泵(6)、泥水分離裝置(7)和水循環(huán)管道，其中儲水槽(I)通過高壓水泵(2)與泥斗(3)相連，泥斗(3)與高速攪拌粉碎器(5)之間設置有閥門(4)，高速攪拌粉碎器(5)通過污泥泵(6)與泥水分離裝置(7)連接，超聲波振板(8)安裝在高速攪拌粉碎器(5)外壁的內側，超聲波振板(8)與超聲波發(fā)生器(9)相連接，泥水分離裝置(7)的出水口通過水循環(huán)管道與儲水槽(I)連接，經過泥水分離裝置(7)分離的水相可直接通過水循環(huán)管道進入儲水槽(I)。
2.根據權利要求1所述的有機污染場地土壤超聲強化修復的設備，其特征在于:所述儲水槽(I)位于地面以下。
3.根據權利要求1所述的有機污染場地土壤超聲強化修復的設備，其特征在于:所述安裝在高速攪拌粉碎器(5)外壁的內側的超聲波振板(8)，超聲波額定功率為1200?，頻率為28/40KHZ，由超聲波發(fā)生器(9)控制。
4.根據權利要求1所述的有機污染場地土壤超聲強化修復的設備，其特征在于:所述高速攪拌粉碎器(5)總高1800_，裝置整體內徑為1200_，其中攪拌裝置內徑為700_，圍繞攪拌裝置的套筒表面布滿內徑為10_的小孔，轉速0-900轉每分鐘。
5.根據權利要求1所述的有機污染場地土壤超聲強化修復的設備，其特征在于:還包括自動控制裝置，用于自動控制超聲波發(fā)生器(9)和高速攪拌粉碎器(5)的開啟、關閉。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的有機污染場地土壤的修復設備，其特征在于:所述超聲波振板(8)材料為不銹鋼材質，泥水分離裝置(7)材料為聚四氟乙烯材質。
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的有機污染場地土壤超聲強化修復的設備，用于有機污染場地土壤的方法為:將污染土壤放入泥斗(3)中，由電機帶動粉碎漿對土壤進行粉碎工作，通過高壓水泵(2)將儲水槽(I)中的水泵入泥斗(3)中，土壤粉碎后，打開泥斗底端閥門(4)，泥水混合液進入高速攪`拌粉碎器(5)，由攪拌電機帶動轉軸上攪拌漿進行攪拌操作，實現泥水充分混合，隨后開啟超聲波發(fā)生器(9)，超聲波開始運行，超聲時間60-90分鐘，超聲波功率1200W-3600W ;經過超聲波-零價鐵處理的泥水混合物，由污泥泵(6)泵入泥水分離裝置(7)，固液分離后的水相通過循環(huán)管道進入儲水槽(I)，實現了水的可循環(huán)使用，經泥水分離系統脫水后的泥可在露天自然風干。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述超聲波開始運行時，向泥水混合液中加入零價鐵。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述泥水混合液中，水土質量比為3:1。
【文檔編號】B09C1/00GK103706621SQ201310719488
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權日:2013年12月24日
【發(fā)明者】郭紅巖, 任麗靜, 劉志超, 尹穎, 孫媛媛, 季榮, 吳海鎖, 王曉蓉 申請人:南京大學