一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备及其方法，属于污染土壤修复领域。该设备包括：水土混合与土壤粉碎系统，高速搅拌与超声波强化反应集成系统和泥水分离系统。其方法为，在水土混合与土壤粉碎系统中，土壤与水充分混合的泥水混合物经过土壤粉碎装置粉碎后进入集高速搅拌与超声波强化反应与一体的集成系统，搅拌均匀后，开启超声波，根据污染土壤类型，人工投加合适的修复药剂，土壤中的有机污染物即可在超声波强化反应系统中被去除，反应完毕后，通过污泥泵进入泥水分离系统，分离后的水可循环使用。本设备实现了有机污染土壤处理的自动化，可应用于小型工业化生产，减少了人工投入，大大提高了生产效率，适于广泛推广应用。
【专利说明】一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土壤修复设备领域，特别涉及一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备及其方法。
【背景技术】
[0002]土壤是人类生存与发展的重要自然资源和整个陆地生态系统赖以存在的基础，对于农业可持续发展和人类的生存都非常重要。据UNEP(联合国环境规划署)1990年报告(IRRTC),每年约有3-4亿吨有机物进入环境，其中大部分进入了土壤环境。污染物进入土壤后，不仅影响植物生长发育及土壤内部生物群的变化与物质的转化，导致粮食产量和质量下降，会对地表水、地下水等造成次生污染。污染物还可通过土壤-植物系统，对农产品安全构成严重威胁；经食物链进入人体，危害人群健康。
[0003]我国土壤污染的问题也很严重，对耕地资源可持续利用和粮食生产安全提出了严峻的挑战。比如，有机氯农药已禁用近20年，土壤中残留量已大大降低，但检出率仍很高。随着城市化和工业化进程加快，城市和工业区附近土壤有机污染也日益加剧，这些土壤的环境污染治理与修复刻不容缓。由于有机化合物具有较高土壤-水分配系数，一旦进入土壤后，其绝大多数积聚在土壤里，不仅难降解，而且毒性大，所以，世界各国都已投入大量人力、财力开展有机化合物污染土壤的修复技术研究。
[0004]有机污染土壤普遍存在于工业污染场地中，该场地修复技术的选择不仅受工业场地污染特征的影响，还受到政治、经济、社会等多种因素影响。当前，国内外学者广泛关注的污染场地修复技术主要包括物理修复技术、化学修复技术、植物修复技术和微生物修复技术等。但受城市土地经济价值的驱动，修复技术应该具有修复周期短、经济合理、二次污染风险小、稳定性闻的特点。
[0005]属于化学修复技术范畴的超声波-零价铁技术是一种极具前景的深度氧化技术，是一种新型、清洁的净化技术。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)污染等特点。尤其适用于降解毒性高、难降解的有机物。
[0006]当前，已有研究表明超声波/零价铁方法可快速高效降解废水中有机污染物。而应用超声波/零价铁方法处理有机污染土壤的设备化研究未见报道。本发明利用超声波/零价铁技术去除污染土壤中的有机污染物，研究制造可快速高效修复有机污染土壤的设备。
【发明内容】
[0007]1.发明要解决的技术问题
[0008]本发明的目的是，针对目前企业工业搬迁导致的有机污染场地现状和需求，本发明提供一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备及其方法，该设备具有较快降解土壤中有机污染物的能力，并且稳定性高，二次污染风险小，修复成本相对较低等特点。[0009]2.技术方案
[0010]本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是:
[0011]一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备，包括依次相连的储水槽、高压水泵、泥斗、阀门、高速搅拌粉碎器、污泥泵、泥水分离装置和水循环管道，其中储水槽通过高压水泵与泥斗相连，泥斗与高速搅拌粉碎器之间设置有阀门，高速搅拌粉碎器通过污泥泵与泥水分离装置连接，超声波振板安装在高速搅拌粉碎器外壁的内侧，超声波振板与超声波发生器相连接，储水槽位于地面以下，泥水分离装置的出水口通过水循环管道与储水槽连接，经过泥水分离装置分离的水相可直接通过水循环管道进入储水槽。
[0012]所述安装在高速搅拌粉碎器外壁的内侧的超声波振板，购自上海和乔超声设备有限公司，超声波额定功率为1200?，频率为28/40KHZ，由超声波发生器控制。
[0013]所述高速搅拌粉碎器总高1800_，装置整体内径为1200_，其中搅拌装置内径为700mm,围绕搅拌装置的套筒表面布满内径为IOmm的小孔，转速0-900转每分钟。
[0014]一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备，还包括自动化控制装置，用于自动控制超声波发生器和高速搅拌粉碎器的开启、关闭。
[0015]所述超声波振板材料为不锈钢材质，泥水分离装置材料为聚四氟乙烯材质。
[0016]用于有机污染场地土壤的方法为:将污染场地的土壤挖掘出来，放入泥斗中，由电机带动粉碎浆对土壤进行粉碎工作，通过高压水泵将储水槽中的水泵入泥斗中，土壤粉碎后，打开泥斗底端阀门，泥水混合液进入高速搅拌粉碎器，由搅拌电机带动转轴上搅拌浆进行搅拌操作，实现泥水充分混合，随后开启超声波发生器，超声波开始运行，人工投加的方式向泥水混合液中加入零价铁，超声时间60-90分钟，超声波功率1200W-3600W。经过超声波-零价铁处理的泥水混合物，由污泥泵泵入泥水分离装置，固液分离后的水相通过循环管道进入储水槽，实现了水的 可循环使用，经泥水分离系统脱水后的泥可在露天自然风干。经过超声波-零价铁处理后土壤中的有机污染物符合相关标准。经泥水分离的细颗粒土壤可用作复垦或农田土壤，至此即完成整个土壤修复过程。
[0017]3.有益效果
[0018]本发明一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备及其方法，实现了污染土壤化学修复的自动化，可应用于工业化应用，减少人工投入，大大提高了生产效率。
[0019]进一步的，本发明超声波-零价铁修复有机污染场地土壤设备中，采用投入式超声波振板提供超声波，投入式超声波振板，由超声波振板与超声波发生器两部分构成，超声波振板安装在高速搅拌粉碎装置外壁的内侧，型号为VGT-1024，超声波额定功率为1200w，频率为28/40KHZ，由超声波发生器控制。超声波处理装置材料为不锈钢材质，超声波功率及时间可调。本发明中所使用的零价铁的量可根据土壤中污染物的多少增加或减少用量，从而可展开多样的对比试验，有助于在实践中调整具体的处理方案，达到最佳处理效果。
[0020]本发明所使用的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)污染等特点。
[0021]可见，本发明结构简单，处理流程合理，实现了土壤修复的自动化。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备的结构示意图。[0023]图2为高速搅拌粉碎器结构示意图。
[0024]图上标注为:1储水槽、2高压水泵、3泥斗、4阀门、5高速搅拌粉碎器、6污泥泵、7泥水分离装置、8超声波振板、9超声波发生器、5-1搅拌电机、5-2转轴、5-3搅拌桨叶、5_4套筒。
[0025]图3为实施例一中氯苯在不同处理条件下的去除率。
[0026]图4为实施例二中1，3- 二氯苯在不同零价铁用量下的去除率。
[0027]图5为实施例二中1，4- 二氯苯在不同零价铁用量下的去除率。
[0028]图6为实施例二中1，2，4-三氯苯在不同零价铁用量下的去除率。
【具体实施方式】
[0029]如图1所示，本发明涉及一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备，包括依次相连的储水槽1、高压水泵2、泥斗3、阀门4、高速搅拌粉碎器5、污泥泵6、泥水分离装置7和水循环管道，其中储水槽I通过高压水泵2与泥斗3相连，泥斗3与高速搅拌粉碎器5之间设置有阀门4，高速搅拌粉碎器5通过污泥泵6与泥水分离装置7连接，超声波振板8安装在高速搅拌粉碎器5外壁的内侧，超声波振板8与超声波发生器9相连接，储水槽I位于地面以下，泥水分离装置7的出水口通过循环管道与储水槽I连接，经过泥水分离装置7分离的水相可直接通过水循环管道进入储水槽I。所述高速搅拌粉碎器5总高约1800_，装置整体内径为1200mm，其中搅拌装置内径为700mm，围绕搅拌装置的套筒其表面布满内径约为IOmm的小孔，图2中所示各部件`名称:搅拌电机5_1，转轴5_2，搅拌桨叶5_3，套筒5_4。
[0030]将土壤放入泥斗3中，土壤粉碎装置对土壤进行粉碎，通过高压水泵2把储水槽I中的水泵入泥斗3 (土壤粉碎装置)粉碎，土壤粉碎后，打开泥斗3 (土壤粉碎装置)底端阀门4，泥水混合液进入高速搅拌粉碎机5，通过搅拌电机5-1、转轴5-2、搅拌桨叶5-3和套筒5-4作用将泥水混合均匀后，开启超声波，随后人工向泥水混合液中投加零价铁，待反应90分钟后，把处理后的泥水混合液通过污泥泵6泵入泥水分离装置7，泥水分离后水相可以通过循环管道进入储水槽I可供循环使用。超声波功率及搅拌速率可调，超声波处理装置材料为不锈钢材质，泥水分离装置为聚四氟乙烯材质，其他部分为碳钢材质。设备还包括自动控制装置，可自动控制超声波发生器9和高速搅拌粉碎器5的开启、关闭。
[0031]实施例一:
[0032]中试实验土壤采用人工污染土壤，取农田表层20cm 土壤，然后用丙酮溶解的氯苯溶液进行污染，浓度为150mg.kg'
[0033]中试实验分为两个处理组，即单独超声波处理和超声波/零价铁协同处理，每组土壤用量为50kg，水土比为3:1，超声波/零价铁处理组零价铁用量为100g。中试设备运行参数为:超声波功率为1200W，搅拌速率为300r/min，超声波处理时间为90min。采用自动控制装置控制超声波运行和搅拌运行时间，设定超声波装置和搅拌装置运行时间为90min，达到运行总时间后设备自动停止。运行结束后，采集泥状样品，分析处理后的土壤中氯苯含量。
[0034]图3给出了不同处理条件下氯苯的去除效果，结果显示单独超声波处理90min后土壤中氯苯含量由150mg *kg_1降至2.23mg ?kg'去除率为98%,超声波/零价铁处理氯苯污染土壤90min后，土壤样品未检出氯苯，说明超声波/零价铁联合技术可实现氯苯的快速去除。
[0035]实施例二:
[0036]实验土壤取自某农药厂污染场地土壤。
[0037]在超声波/零价铁协同处理的条件下，为探究零价铁用量对土壤中污染物去除效率的影响，设置3组实验，零价铁用量分别为:300g，600g和900g。每组实验土壤用量为50kg，水土比为3:1。中试设备运行参数分别为:超声波功率为1200W、2400W、3600W，搅拌速率为300r/min，超声波处理时间为60min、75min、90min。采用自动控制装置控制超声波运行和搅拌运行时间，设定超声波装置和搅拌装置运行时间，自动启动超声波装置和搅拌装置，达到运行总时间后设备自动停止。泥水分离后，采集泥状样品分析土壤处理后污染物含量，分析的主要污染物为1，3-二氯苯、1，4-二氯苯和1，2，4-三氯苯。
[0038]分析结果表明，1，2，4-三氯苯均未检出，图6为1，2，4_三氯苯在不同零价铁用量条件下的去除效果，可以看出1，2，4-三氯苯基本完全去除。图4，图5给出了不同零价铁用量条件下1，3-二氯苯、1，4-二氯苯的去除率。结果表明，零价铁用量为600g时，对该场地土壤中污染物的去除率最高，达到65%。因此，该设备对1，3-二氯苯、1，4-二氯苯和1，2，4-三氯苯污染的土壤具有较好的去除效果。
[0039]除上述实施例外，本设备还可有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种有机污染场地土壤超声强化修复的设备，其特征在于:包括依次相连的储水槽(I)、高压水泵(2)、泥斗(3)、阀门(4)、高速搅拌粉碎器(5)、污泥泵(6)、泥水分离装置(7)和水循环管道，其中储水槽(I)通过高压水泵(2)与泥斗(3)相连，泥斗(3)与高速搅拌粉碎器(5)之间设置有阀门(4)，高速搅拌粉碎器(5)通过污泥泵(6)与泥水分离装置(7)连接，超声波振板(8)安装在高速搅拌粉碎器(5)外壁的内侧，超声波振板(8)与超声波发生器(9)相连接，泥水分离装置(7)的出水口通过水循环管道与储水槽(I)连接，经过泥水分离装置(7)分离的水相可直接通过水循环管道进入储水槽(I)。
2.根据权利要求1所述的有机污染场地土壤超声强化修复的设备，其特征在于:所述储水槽(I)位于地面以下。
3.根据权利要求1所述的有机污染场地土壤超声强化修复的设备，其特征在于:所述安装在高速搅拌粉碎器(5)外壁的内侧的超声波振板(8)，超声波额定功率为1200?，频率为28/40KHZ，由超声波发生器(9)控制。
4.根据权利要求1所述的有机污染场地土壤超声强化修复的设备，其特征在于:所述高速搅拌粉碎器(5)总高1800_，装置整体内径为1200_，其中搅拌装置内径为700_，围绕搅拌装置的套筒表面布满内径为10_的小孔，转速0-900转每分钟。
5.根据权利要求1所述的有机污染场地土壤超声强化修复的设备，其特征在于:还包括自动控制装置，用于自动控制超声波发生器(9)和高速搅拌粉碎器(5)的开启、关闭。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的有机污染场地土壤的修复设备，其特征在于:所述超声波振板(8)材料为不锈钢材质，泥水分离装置(7)材料为聚四氟乙烯材质。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的有机污染场地土壤超声强化修复的设备，用于有机污染场地土壤的方法为:将污染土壤放入泥斗(3)中，由电机带动粉碎浆对土壤进行粉碎工作，通过高压水泵(2)将储水槽(I)中的水泵入泥斗(3)中，土壤粉碎后，打开泥斗底端阀门(4)，泥水混合液进入高速搅`拌粉碎器(5)，由搅拌电机带动转轴上搅拌浆进行搅拌操作，实现泥水充分混合，随后开启超声波发生器(9)，超声波开始运行，超声时间60-90分钟，超声波功率1200W-3600W ;经过超声波-零价铁处理的泥水混合物，由污泥泵(6)泵入泥水分离装置(7)，固液分离后的水相通过循环管道进入储水槽(I)，实现了水的可循环使用，经泥水分离系统脱水后的泥可在露天自然风干。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述超声波开始运行时，向泥水混合液中加入零价铁。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述泥水混合液中，水土质量比为3:1。
【文档编号】B09C1/00GK103706621SQ201310719488
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】郭红岩, 任丽静, 刘志超, 尹颖, 孙媛媛, 季荣, 吴海锁, 王晓蓉 申请人:南京大学