本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种有机砷化合物污染土壤的修复装置及用其进行修复的方法。
背景技术：
土壤不仅是一种农业生产资源，也是一种环境要素。世界上大部分的污染物最终滞留在土壤中，导致土壤成为地球上各种人为污染物和自然污染物的汇集地，其中，近年来频发的地方性砷中毒事件使人们逐渐意识到砷污染的危害。砷污染是指由砷或其化合物所引起的环境污染。砷和含砷金属的开采、冶炼，用砷或砷化合物作原料的玻璃、颜料、原药、纸张的生产以及煤的燃烧等过程，都可产生含砷废水、废气和废渣，对环境造成污染。由于砷在许多行业的广泛应用，通过开采、加工、使用、废弃等过程使其大量残留在土壤中，造成世界范围内土壤中砷污染普遍存在。砷并非生物体内的必须元素，其在体内的过量存在可引起皮肤癌、膀胱、肝脏、肾、肺和前列腺及冠状动脉等疾病，为此研究人员非常关注土壤中砷污染的治理和修复。
传统的土壤修复技术一般分为三类，分别是物理修复技术、化学修复技术以及生物修复技术，其中，物理修复技术是指通过加热、翻抛等物理过程将污染物(特别是有机污染物)从土壤中去除或分离的技术，而微波 加热修复作为一项新的物理修复技术，其具有升温快、温度高、恒温性强、热效率高、操作灵活以及对环境影响小等优点，能够为有机砷化合物提供良好的氧化反应条件。化学技术主要有土壤固化/稳定化技术、淋洗技术、氧化还原技术、光催化降解技术以及近几年新兴的电动力修复技术。生物修复技术则主要包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等技术。然而，实践表明单独使用上述任意一种修复技术都难以彻底的降解有机砷化合物。
为此，中国专利文献CN103639182公开了一种针对土壤中含砷有机物的多重联合修复系统。该修复系统由微波修复系统、化学氧化系统以及植物修复系统组成；微波修复系统对待修复土壤进行加热，收集易挥发有机物生成的气体，并向土壤中注入氧化剂，使含砷有机物在微波催化下发生氧化反应，将三价砷氧化成五价砷，再通过种植超富集植物蜈蚣蕨来富集五价砷，微波修复系统和植物修复系统间歇交替进行。然而，该技术主要应用于原位修复，修复一般是直接在受污染的土壤上方进行，由于修复周期较长，该土地只有在完成修复后才能再次投入使用，造成一定的资源浪费；且现在的微波修复都是直接照射土壤上部的表层，微波需要穿透整个土壤层才能对下层的污染土壤进行修复，氧化剂、催化剂和微波吸收材料在受污染的土壤中分布不规律，三价砷的氧化不充分，其存在修复效率低的缺陷；超富集植物单独种植，且收割期间仍需配合微波修复，成本较高。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术中土壤修复装置修复效率低、成本高 的缺陷，从而提供一种有机砷化合物污染土壤的修复装置。
本发明的目的还在于解决现有技术中的被污染土壤闲置时间较长、造成一定的资源浪费，微波照射时间长，且三价砷的氧化不充分，修复效率低，超富集植物收割间隔时间短，成本高的缺陷，从而提供一种有机砷化合物污染土壤的修复方法。
为此，本发明提供了一种有机砷化合物污染土壤的修复装置，包括，集中处理棚和设置于集中处理棚内的若干间隔设置的处理罩，所述处理罩配设有若干个微波修复装置；
还包括若干化学制剂输送管路和化学制剂输出管路，所述化学制剂输送管路和化学制剂输出管路分别穿过所述处理罩的侧壁上部和下部延伸到所述处理罩的内部，所述化学制剂输出管路的入口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂储备箱相连接，所述化学制剂输出管路的出口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂回收箱相连接，且所述化学制剂输送管路和化学试剂输出管路的侧壁上均设置有若干喷射口。
所述的有机砷化合物污染土壤的修复装置中，所述化学制剂输送管路包括催化剂输送管路和氧化剂输送管路，相对应地，所述化学制剂储备箱包括催化剂储备箱和氧化剂储备箱，位于所述处理罩内部的催化剂输送管路和氧化剂输送管路位于同一水平面上。
所述的有机砷化合物污染土壤的修复装置中，所述化学制剂输送管路和化学制剂输出管路均为PVC材质，不会影响微波加热的效率。
所述的有机砷化合物污染土壤的修复装置中，相邻处理罩之间的距离为2-2.5m，方便微波修复装置的安装和操作人员的作业。
所述的有机砷化合物污染土壤的修复装置中，若干所述微波修复装置分别设置于所述处理罩的顶壁和侧壁上，以同时对处理罩内部土壤的顶部和侧部进行微波修复。
所述的有机砷化合物污染土壤的修复装置中，所述集中处理棚的底部铺设有防渗薄膜层，以避免土堆中的有机砷化合物以及化学制剂的下渗。
一种利用上述的修复装置对有机砷化合物污染的土壤进行修复的方法，包括，
挖掘有机砷污染的土壤，运送至所述集中处理棚中，于每个所述处理罩的内部堆积成上小下大的梯形土堆，梯形土堆的高度为不宜超过2m，压实系数不超过0.6；挖掘后的土壤中回填新土，以使得该块土壤能够被及时利用，不至于闲置。
位于所述处理罩内部的化学制剂输送管路设在所述梯形土堆的顶部，以将化学制剂在自身重力作用下从上到下输送至所述梯形土堆中的不同位置，位于所述处理罩内部的化学制剂输出管路设在所述梯形土堆的底部，以将化学制剂在负压作用下回收至所述化学制剂回收箱中进行再利用；在化学制剂输送过程中同时开启微波修复装置，当所述梯形土堆内部设置的所述温度传感器和湿度传感器监测到所述梯形土堆内的温度和湿度达到第一预定值时，维持预定时间后，发送信号至所述微波修复装置，所述微波修复装置停止加热；梯形土堆放置在一个相对封闭的空间中，可以更好地控制内部的温度和湿度。
当所述温度传感器监测到所述梯形土堆内的温度下降到第二预定值时，在上述经过微波修复后的梯形土堆的顶部和侧部上种植预先培育的蜈蚣蕨，该蜈蚣蕨的叶片面积大于普通蜈蚣蕨的叶片面积10-20％，相邻两株蜈蚣蕨间隔8-10cm，每隔20-30天修剪一次蜈蚣蕨的叶子，直至整株的蜈蚣蕨叶片完全富集有机砷化合物为止，重新种植新的蜈蚣蕨。在土堆温度冷却后种上蜈蚣蕨，并利用集中处理棚的优势令其加速生长，从而可以使修复工作不受季节天气条件影响，一年四季均可进行，最终起到修复土壤的目的。
所述的对有机砷化合物污染的土壤进行修复的方法中，所述梯形土堆 内部埋附有微波吸收材料，所述微波吸收材料和所述催化剂的质量比为50:1-5；
其中，所述微波吸收材料为铁氧体、碳化硅或炭黑中的任一种或多种；所述催化剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾或硅酸钠中任一种或多种。微波吸收材料吸收微波，在土壤中传递温度，使土壤迅速升温，催化剂的存在提高了微波吸收的效率。
所述的对有机砷化合物污染的土壤进行修复的方法中，在所述微波修复步骤中，所述微波修复装置将所述梯形土堆加热至400-500℃，并保持，所述微波修复装置的加热时间为2-3小时。
所述的对有机砷化合物污染土壤进行修复的方法中，在所述集中处理棚的一侧还设置有用于培育蜈蚣蕨的隔离区。将蜈蚣蕨的培育区与集中处理棚的作业区隔离，以防止蜈蚣蕨在生长阶段就开始富集有机砷化合物，影响后期的修复效果。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的有机砷化合物污染土壤的修复装置，集中处理棚和若干处理罩的设置，实现了有机砷化合物污染土壤的异位修复，减少了土壤的闲置时间；若干化学制剂输送管路均延伸到处理罩内部设置，可以直接将化学制剂输送至指定位置，更加迅速地将三价砷氧化为五价砷，提高修复效率。若干化学制剂输出管路在适当的负压作用下将未被利用的化学制剂输送至化学制剂回收箱再次利用，降低了修复成本。
2.本发明提供的修复方法，将梯形土堆在分布于其中不同位置的氧化剂、催化剂以及设置在处理罩内部不同位置的若干个微波修复装置的作用下进行微波加热氧化，由于化学制剂输送管路朝向梯形土堆的位置开设有多个出口，这样使得催化剂和氧化剂从化学制剂输送管路中输出后在水平 方向上不需继续移动就可以向梯形土堆下部运动混合，更加迅速地将三价砷氧化为五价砷，降低土壤毒性；若干个微波修复装置同时向梯形土堆的不同位置发出微波，缩短了微波穿透土壤的时间，提高了修复效率。有机砷污染的土壤被堆积为上小下大的梯形，不仅可以保证堆积牢固，土壤不易下滑，还使得土壤的温度得以快速升高，从而提高了氧化剂的氧化速度，进而提高了有机砷污染的土壤中有机砷化合物的处理率。而且集中处理棚中设置有用于培育蜈蚣蕨的隔离区，专门培育改良蜈蚣蕨等用于修复的植物，其叶片大，对有机砷化合物的吸收效果好，每隔20-30天修剪一次蜈蚣蕨的叶子，这样不仅及时减掉了富集有机砷化合物的叶片，避免二次污染，而且保留了一部分叶片，延长了每株蜈蚣蕨的修复时间，为新叶的生长预留了足够的时间，降低了成本；种植富集五价砷的植物于梯形土堆的不同位置上，可迅速、高效地将梯形土堆不同位置的砷富集到植物羽叶上，待叶片收集砷达到一定量，可收割做后期处理。该微波修复结合化学氧化法并联合植物修复土壤的方法可有效地对土壤中有机物做深度处理。
3.本发明提供的修复方法，将有机砷污染的土壤挖出后运至集中处理棚中进行修复，挖掘后的土壤中回填新土，在对有机砷污染的土壤修复的同时，新填土区域也可以正常被利用，缩短了土壤的闲置时间，减少了资源浪费；且将有机砷污染的土壤分为多个梯形土堆，并分别集中到一封闭空间进行修复，这样便于控制处理罩内的温度和湿度，准确开启微波修复装置，且实现多组同时作业，在有限的空间中布置更多的微波修复装置，使得微波多方向照射，受热均匀，微波修复速度快。
4.本发明提供的修复方法，向有机砷污染的土壤中添加的催化剂中含有 钠盐和/或钾盐，且限定微波吸收材料和催化剂的质量比为50:1-5，这样不仅能够促进微波吸收材料的吸热功能，并且能够促进氧化剂的氧化功能，从而使得微波吸收材料、催化剂和氧化剂相互配合，提高有机砷污染的土壤中有机砷化合物的处理效率，改善修复效果。
下述以实施例1的试验组和对照组为例以证明本发明的方法的技术效果。
试验组：一种有机砷化合物污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
挖掘有机砷污染的土壤，运送至预先搭建好的集中处理棚中，挖掘后的土壤中回填新土，并堆积成若干个间隔2m设置的上小下大的梯形，梯形土堆高度为2.0m。每一梯形土堆外部设置有一处理罩，每一处理罩中设置有若干个用于监测处理罩内的梯形土堆内部温度和湿度的温度传感器和湿度传感器；在所述处理罩的顶部和侧壁上设置若干个微波修复装置。所述集中处理棚的底部铺设有防渗薄膜层。
若干化学制剂输送管路和化学制剂输出管路分别穿过所述处理罩的侧壁上部和下部延伸到所述处理罩的内部，所述化学制剂输送管路的入口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂储备箱相连接，所述化学制剂输出管路的出口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂回收箱相连接，且所述化学制剂输送管路和化学试剂输出管路的侧壁上均设置有若干喷射口，即化学制剂输送管路的喷射口向下设置，化学制剂输出管路的喷射口向上设置。梯形土堆的上层表面并排设置有两个凹形槽，两个化学制剂输送管路分别安放在两个凹形槽中，一个化学制剂输送管路中输送的是碳酸钠，另一个化学制剂输送管路中输送的是芬顿试剂，以使得芬顿试剂和碳酸钠同时向所述梯形土堆内部输送，在所述梯形土堆内部埋附有微波吸收材料铁氧体，所述微波吸收材料和所述催化剂的质量比为50:1；。在化学制剂输送过程中同时开启微波修复装置，加热3小时，当所述梯形土堆内部设置的所述温 度传感器和湿度传感器监测到所述梯形土堆内的温度和湿度分别达到400℃和40％时，维持20min，此时土壤中有机砷化合物中的三价砷均已转化为五价砷，发送信号至所述微波修复装置，所述微波修复装置停止加热。设置在梯形土堆底部的两个化学制剂输出管路在负压作用下将未被利用的碳酸钠和芬顿试剂回收至化学制剂回收箱中循环利用。
集中处理棚中设置有用于培育蜈蚣蕨的隔离区，当所述温度传感器监测到所述梯形土堆内的温度下降到20℃时，在上述经过微波修复后的梯形土堆的顶部和侧部上种植预先培育的蜈蚣蕨，该蜈蚣蕨的叶片面积大于普通蜈蚣蕨的叶片面积20％，相邻两株蜈蚣蕨间隔8cm，每隔20天修剪一次蜈蚣蕨的叶子，直至整株的蜈蚣蕨叶片完全富集有机砷化合物为止，重新种植新的蜈蚣蕨。
对照组：一种有机砷化合物污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
确定有机砷污染的土壤的具体位置和面积。
将微波修复装置安装在有机砷污染的土壤的上部，多个氧化剂药箱通过多个加药井将芬顿试剂输送到有机砷污染的土壤中，在微波修复装置发出的微波作用下，将有机砷污染的土壤加热至500℃，并保持，对有机砷污染的土壤进行修复。在有机砷污染的土壤中埋附有微波吸收材料铁氧体。
在上述经过微波修复后的有机砷污染的土壤上种植预先培育的蜈蚣蕨，每年收割蜈蚣蕨3次，收割期间配合微波照射。
通过试验组和对照组的比对发现，完全修复相同面积的有机砷污染的土壤，对照组需要60天，试验组仅需30天；修复后的土壤中对照组的有机砷化合物的残留量为18％，试验组仅有不到2％；一个修复周期中，试验组的蜈蚣蕨使用量为600株/亩，对照组的使用量为900株/亩。
说明书附图
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的有机砷化合物污染土壤的修复装置实施例1的主视图；
1-集中处理棚，2-梯形土堆，21-凹形槽，3-处理罩，4-温度传感器，5-湿度传感器，6-微波修复装置，7-化学制剂输送管路，8-化学制剂输出管路，9-蜈蚣蕨，10-隔离区。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种有机砷化合物污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
挖掘有机砷污染的土壤，运送至预先搭建好的集中处理棚1中，挖掘后的土壤中回填新土，并堆积成若干个间隔2m设置的上小下大的梯形，梯形土堆2高度为2.0m。每一梯形土堆外部设置有一处理罩3，每一处理罩中设置有若干个用于监测处理罩内温度和湿度的温度传感器4和湿度传感器5；在所述处理罩的顶部和侧壁上设置若干个微波修复装置6。所述集中处理棚的底部铺设有防渗薄膜层。
若干化学制剂输送管路7和化学制剂输出管路8分别穿过所述处理罩的侧壁的上部和下部延伸到所述处理罩的内部，所述化学制剂输出管路的入口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂储备箱相连接，所述化学制剂输出管路的出口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂回收箱相连接，且所述化学制剂输送管路和化学制剂输出管路的侧壁上均设置有若干喷射 口，即化学制剂输送管路的喷射口向下设置，化学制剂输出管路的喷射口向上设置。梯形土堆的上层表面并排设置有两个凹形槽21，两个化学制剂输送管路分别安放在两个凹形槽中，一个化学制剂输送管路中输送的是碳酸钠，另一个化学制剂输送管路中输送的是芬顿试剂，，以使得芬顿试剂和碳酸钠同时向所述梯形土堆内部输送，在所述梯形土堆内部埋附有微波吸收材料铁氧体，所述微波吸收材料和所述催化剂的质量比为50:1。在化学制剂输送过程中同时开启微波修复装置，加热3小时，当所述梯形土堆内部设置的所述温度传感器和湿度传感器监测到所述梯形土堆内的温度和湿度分别达到400℃和40％时，维持20min，此时土壤中有机砷化合物中的三价砷均已转化为五价砷，发送信号至所述微波修复装置，所述微波修复装置停止加热。设置在梯形土堆底部的两个化学制剂输出管路在负压作用下将未被利用的碳酸钠和芬顿试剂回收至化学制剂回收箱中循环利用。
集中处理棚中设置有用于培育蜈蚣蕨的隔离区10，当所述温度传感器监测到所述梯形土堆内的温度下降到20℃时，在上述经过微波修复后的梯形土堆的顶部和侧部上种植预先培育的蜈蚣蕨9，该蜈蚣蕨的叶片面积大于普通蜈蚣蕨的叶片面积20％，相邻两株蜈蚣蕨间隔8cm，每隔20天修剪一次蜈蚣蕨的叶子，直至整株的蜈蚣蕨叶片完全富集有机砷化合物为止，重新种植新的蜈蚣蕨。
实施例2
一种有机砷化合物污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
挖掘有机砷污染的土壤，运送至预先搭建好的集中处理棚中，挖掘后的土壤中回填新土，并堆积成若干个间隔2.5m设置的上小下大的梯形，梯形土堆高度为1.0m。每一梯形土堆外部设置有一处理罩，每一处理罩中设置有若干个用于监测处理罩内温度和湿度的温度传感器和湿度传感器；在所述处理罩的顶部和侧壁上设置若干个微波修复装置。所述集中处理棚的 底部铺设有防渗薄膜层。若干化学制剂输送管路和化学制剂输出管路分别穿过所述处理罩的侧壁的上部和下部延伸到所述处理罩的内部，所述化学制剂输送管路的入口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂储备箱相连接，所述化学制剂输出管路的出口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂回收箱相连接，且所述化学制剂输送管路和化学制剂输出管路的侧壁上均设置有若干喷射口，即化学制剂输送管路的喷射口向下设置，化学制剂输出管路的喷射口向上设置。梯形土堆的上层表面并排设置有两个凹形槽，两个化学制剂输送管路分别安放在两个凹形槽中，一个化学制剂输送管路中输送的是碳酸钾、氢氧化钠，另一个化学制剂输送管路中输送的是芬顿试剂，，以使得芬顿试剂和碳酸钾、氢氧化钠同时向所述梯形土堆内部输送，在所述梯形土堆内部埋附有微波吸收材料碳化硅，所述微波吸收材料和所述催化剂的质量比为50:5。在化学制剂输送过程中同时开启微波修复装置，加热2小时，当所述梯形土堆内部设置的所述温度传感器和湿度传感器监测到所述梯形土堆内的温度和湿度分别达到500℃和40％时，维持25min，此时土壤中有机砷化合物中的三价砷均已转化为五价砷，发送信号至所述微波修复装置，所述微波修复装置停止加热。设置在梯形土堆底部的两个化学制剂输出管路在负压作用下将未被利用的碳酸钾、氢氧化钠和芬顿试剂回收至化学制剂回收箱中循环利用。
集中处理棚中设置有用于培育蜈蚣蕨的隔离区，当所述温度传感器监测到所述梯形土堆内的温度下降到20℃时，在上述经过微波修复后的梯形土堆的顶部和侧部上种植预先培育的蜈蚣蕨，该蜈蚣蕨的叶片面积大于普通蜈蚣蕨的叶片面积10％，相邻两株蜈蚣蕨间隔10cm，每隔30天修剪一次蜈蚣蕨的叶子，直至整株的蜈蚣蕨叶片完全富集有机砷化合物为止，重新种植新的蜈蚣蕨。
完全修复相同面积的有机砷污染的土壤，本实施例仅需35天；修复后 的土壤中有机砷化合物的残留量为5％；一个修复周期中，本实施例中蜈蚣蕨使用量为500株/亩。
实施例3
一种有机砷化合物污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
挖掘有机砷污染的土壤，运送至预先搭建好的集中处理棚中，挖掘后的土壤中回填新土，并堆积成若干个间隔2m设置的上小下大的梯形，梯形土堆高度为0.6m。每一梯形土堆外部设置有一处理罩，每一处理罩中设置有若干个用于监测处理罩内温度和湿度的温度传感器和湿度传感器；在所述处理罩的顶部和侧壁上设置若干个微波修复装置。所述集中处理棚的底部铺设有防渗薄膜层。
若干化学制剂输送管路和化学制剂输出管路分别穿过所述处理罩的侧壁的上部和下部延伸到所述处理罩的内部，所述化学制剂输送管路的入口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂储备箱相连接，所述化学制剂输出管路的出口端与设置于所述处理罩外部的化学制剂回收箱相连接，且所述化学制剂输送管路和化学制剂输出管路的侧壁上均设置有若干喷射口，即化学制剂输送管路的喷射口向下设置，化学制剂输出管路的喷射口向上设置。梯形土堆的上层表面并排设置有两个凹形槽，两个化学制剂输送管路分别安放在两个凹形槽中，一个化学制剂输送管路中输送的是氢氧化钾、硅酸钠，另一个化学制剂输送管路中输送的是芬顿试剂，以使得芬顿试剂和氢氧化钾、硅酸钠同时向所述梯形土堆内部输送，在所述梯形土堆内部埋附有微波吸收材料碳化硅和炭黑，所述微波吸收材料和所述催化剂的质量比为50:3。在化学制剂输送过程中同时开启微波修复装置，加热2.5小时，当所述梯形土堆内部设置的所述温度传感器和湿度传感器监测到所述梯形土堆内的温度和湿度分别达到450℃和40％时，维持30min，此时土壤中有机砷化合物中的三价砷均已转化为五价砷，发送信号至所述微波修复装置， 所述微波修复装置停止加热。设置在梯形土堆底部的两个化学制剂输出管路在负压作用下将未被利用的氢氧化钾、硅酸钠和芬顿试剂回收至化学制剂回收箱中循环利用。
集中处理棚中设置有用于培育蜈蚣蕨的隔离区，当所述温度传感器监测到所述梯形土堆内的温度下降到20℃时，在上述经过微波修复后的梯形土堆的顶部和侧部上种植预先培育的蜈蚣蕨，该蜈蚣蕨的叶片面积大于普通蜈蚣蕨的叶片面积15％，相邻两株蜈蚣蕨间隔9cm，每隔25天修剪一次蜈蚣蕨的叶子，直至整株的蜈蚣蕨叶片完全富集有机砷化合物为止，重新种植新的蜈蚣蕨。
完全修复相同面积的有机砷污染的土壤，本实施例仅需38天；修复后的土壤中有机砷化合物的残留量为4％；一个修复周期中，本实施例中蜈蚣蕨使用量为550株/亩。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。