一种修复重金属污染土壤的超声辅助淋洗装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境保护技术领域，特别涉及一种修复重金属污染土壤的超声辅助淋洗装置和方法。
【背景技术】
[0002]土壤是人类赖以生存的衣食之本。随着社会和工业发展，土壤环境正遭受严重污染，包括重金属污染、有机污染及其他污染。2014年，环境保护部与国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示我国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，最为严重的即为重金属污染，有机污染次之。重金属在土壤中存在隐蔽性、累积性、地域性、长期性、无法降解、易造成地下水污染等特性，严重威胁人体健康和生态环境安全；其修复治理已经在国内外引起了高度重视，同时成为环境科学研宄领域的热点课题。
[0003]当前重金属污染土壤修复技术主要有固化/稳定化、化学淋洗、植物修复、电动修复等；其中，土壤化学淋洗修复技术即利用淋洗液将土壤中的重金属转移至液相中，含有淋洗液的土壤经清水洗涤后归还原位再利用，富含重金属的废液则进行进一步的处理。淋洗法具有可以去除土壤中大量的污染物、限制有害污染物的扩散、投资和能耗相对较少、操作人员无需直接接触污染物等优点。该技术已经在国内外污染场地修复工程中得到了广泛应用。
[0004]重金属污染土壤修复是一项系统工程，为进一步提高重金属污染土壤的淋洗修复效果，采用组合技术(如复合技术、辅助技术等)是土壤修复技术的发展趋势和研宄热点。已有研宄表明，超声波对土壤产生的声空化作用能够破坏土壤结构、释放其中的重金属组分，有利于提高重金属淋洗去除效果；但同时将造成土壤体系温度的升高，不利于淋洗技术的实施。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种处理效果好、淋洗时间短、稳定性高、修复成本相对较低的修复重金属污染土壤的超声辅助淋洗装置。
[0006]本发明还要解决的技术问题是提供利用上述装置修复重金属污染土壤的方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种修复重金属污染土壤的超声辅助淋洗装置，所述装置包括:淋洗修复罐、搅拌机、搅拌桨、超声发射控制器、超声发射装置、温度传感器、恒温水浴箱、温度控制器、PH传感器、PH显示器、酸储槽、第一蠕动泵，碱储槽、第二蠕动泵、淋洗液储槽、第三蠕动泵、泥浆泵和固液分离装置；
[0009]其中，酸储槽、碱储槽、淋洗液储槽分别通过第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵与淋洗修复罐连通；
[0010]超声发射装置置于淋洗修复罐内部，超声发射装置由设置在淋洗修复罐外部的超声发射控制器控制；
[0011]pH传感器置于淋洗修复罐内部，pH传感器与设置在淋洗修复罐外部的pH显示器连通；
[0012]淋洗修复罐内部设有搅拌桨，搅拌桨由搅拌机控制转速，且搅拌桨的旋转不影响超声发射装置和PH传感器的工作；
[0013]淋洗修复罐底部和外壁设有恒温水浴箱，恒温水浴箱内设有温度传感器，温度传感器由设置在恒温水浴箱外部的温度控制器控制；
[0014]淋洗修复罐底部通过泥浆泵与固液分离装置连通。
[0015]利用上述装置修复重金属污染土壤的方法，它包括如下步骤:
[0016](a)将重金属污染土壤置于淋洗修复罐中，通过第一蠕动泵和第二蠕动泵分别将酸储罐或碱储罐内的酸液或碱液加入淋洗修复罐中，开启搅拌机，保持搅拌桨持续搅拌，使罐内土壤pH均匀恒定；
[0017](b)开启温度控制器，保持恒温水浴箱内的温度恒定；
[0018](c)通过第三蠕动泵将淋洗液储罐内的淋洗液加入淋洗修复罐中，开启超声发射控制器，搅拌桨持续搅拌，使淋洗修复罐内的土壤与淋洗液充分混匀，保证重金属与淋洗液充分反应；
[0019](d)淋洗30分钟?120分钟后，关闭发射控制器，停止搅拌，打开泥浆泵，将淋洗修复罐内的土壤转移至固液分离装置。
[0020]所述的重金属污染为铅、镉、锌、铜或镍污染。
[0021]步骤(a)中，所述的酸储罐中装有酸液硝酸水溶液，碱储罐中装有碱液为NaOH水溶液或KOH水溶液。
[0022]步骤(a)中，使罐内土壤pH均匀且稳定在pH2?5之间。
[0023]步骤(b)中，保持恒温水浴箱内的温度恒定至10?30°C中任意温度。
[0024]步骤(c)中，所述的淋洗液为0.1?lmol/L乙二胺四乙酸二钠水溶液、0.1?lmol/L柠檬酸钠水溶液、0.1?lmol/L乙酸水溶液或0.1?lmol/L乙二胺二琥珀酸三钠水溶液。
[0025]步骤(C)中，按照淋洗液中溶质与淋洗修复罐中污染土壤中重金属元素摩尔比为1.1?1.2:1控制淋洗液的加入量。
[0026]步骤(c)中，超声发射的频率为20?40kHz，功率为200?1000瓦。
[0027]步骤(c)中，采用间歇超声模式超声2分钟与暂停I分钟循环。
[0028]步骤(d)中，所述的固液分离装置，可将土壤与淋洗液离心分离，达到去除土壤中重金属污染组分的目的。
[0029]有益效果:与现有技术相比，本发明具有如下优势:
[0030](I)本发明提供了一种修复重金属污染土壤的超声辅助淋洗装置和方法，其中装置结构简洁、处理方法流程合理，可实现全过程自动化控制，具有明朗的工业化应用前景。
[0031](2)本发明具有淋洗时间短(30分钟可完成一批次污染土壤的淋洗)、去除效率高(镉的去除率高达90%、锌的去除率高达50% )的特点，在减少人工投入的同时，大大地提高了重金属污染土壤的修复效果。
[0032](3)本发明所针对污染土壤中重金属组分包括铅、镉、锌、铜等，具有适用广、操作简便的特点。
【附图说明】
[0033]图1为本发明装置结构示意图。
[0034]图中标号:1淋洗修复罐、2搅拌机、3搅拌桨、4超声发射控制器、5超声发射装置、6温度传感器、7恒温水浴箱、8温度控制器、9pH传感器、1pH显示器、11酸储槽、12第一蠕动泵、13碱储槽、14第二蠕动泵、15淋洗液储槽、16第三蠕动泵、17泥浆泵、18固液分离装置。
【具体实施方式】
[0035]本发明提供了一种修复重金属污染土壤的超声辅助淋洗装置和方法，下面结合附图和具体实施例对本发明专利作进一步说明。
[0036]实施例1:
[0037]图1为本发明的一种修复重金属污染土壤的超声辅助淋洗装置的示意图，所述装置包括:淋洗修复罐1、搅拌机2、搅拌桨3、超声发射控制器4、超声发射装置5、温度传感器6、恒温水浴箱7、温度控制器8、pH传感器9、pH显示器10、酸储槽11、第一蠕动泵12，碱储槽13、第二蠕动泵14、淋洗液储槽15、第三蠕动泵16、泥浆泵17和固液分离装置18 ；
[0038]其中，酸储槽11、碱储槽13、淋洗液储槽15分别通过第一蠕动泵12、第二蠕动泵14、第三蠕动泵16与淋洗修复罐I连通；
[0039]超声发射装置5置于淋洗修复罐I内部，超声发射装置5由设置在淋洗修复罐I外部的超声发射控制器4控制；
[0040]pH传感器9置于淋洗修复罐I内部，pH传感器9与设置在淋洗修复罐I外部的pH显示器10连通；
[0041]淋洗修复罐I内部设有搅拌桨3，搅拌桨3由搅拌机2控