一种用于土壤污染的多层次修复装置的制作方法

本发明涉及一种用于土壤污染的多层次修复装置。

背景技术：

重金属是一类典型的环境污染物，其相对原子质量在63.5～200.6，密度大于5.0，包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的重元素，及锌、铜、钴、镍、锡等具有一定毒性的一般重金属。水中重金属以多种形式存在，主要有离子交换态、金属盐结合态、有机物结合态和残渣态等，其中以结合态、交换态的毒性最大，残存态的活性毒性最小，如甲基汞要比汞的其他形态毒性要强。重金属不易被生物降解，可在生物体内富集，如重金属Cd元素是致癌物质，进入人体后能长时间滞留，在生物体内的半衰期长达20～40a。汞可与生物体内蛋白质中的巯基高度亲和，生成硫醇盐，进而抑制蛋白质的合成。Cd会导致骨矿密度降低，增加骨折发生机率，人体摄入过量会引起各器官一系列病变。

随着工业快速发展、农药及化肥的广泛使用，造成土壤重金属污染日益严重。重金属污染物不能被化学或生物降解、易通过食物链途径在植物，动物和人体内积累、毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。我国土壤中有机污染呈不断恶化的趋势，这类有机污染物主要以氯代烃类污染物最为常见。氯代烃自二十世纪中叶起被大量应用到工业中，用于作为电子元器件的清洗剂以及有机物溶剂。氯代烃一旦进入人体，会加大致癌、致畸、突变的风险，是一种对环境及生物产生严重影响的有机污染物。

综上所示，研制能够同时修复有机污染以及重金属污染的装置是土壤修复领域未来发展的方向。

技术实现要素：

本发明公开了一种用于土壤污染的多层次修复装置，包括环绕于土壤污染区域外周设置的隔水墙、设置于土壤污染区域内的若干个注水口、与隔水墙连通的储液槽、以及与储液槽连接的水处理设备，注水口位于相对于储液槽所在位置的另一端，储液槽位于地表之下，隔水墙与储液槽的连通区域设置有可渗透反应墙，隔水墙的上端凸出于土壤污染区域的平均地表高度，隔水墙的下端嵌入至土壤污染区域的地下隔水层内。

在其中一个实施例中，所述可渗透反应墙为多层复合结构，其由土壤污染区域至储液槽的方向依次包括重金属处理层和有机污染处理层。

在其中一个实施例中，所述有机污染处理层由土壤污染区域至储液槽的方向依次包括砾石填料层、零价铁反应填料层、生物反应填料层和活性炭填料层。

在其中一个实施例中，所述重金属处理层内填充有包括如下重量份的填料：钢渣3~7份、椰子壳活性炭2~5份、纳米二氧化钛0.3~0.8份。单一的材料在去除重金属时存在去除能开不高或者仅限于去除某内重金属成分的缺点，因此采用不同配比的复合的反应填充材料以确保能够对土壤中的多种重金属进行修复。钢渣中含有CaO等碱性物质，易于与重金属和有机物发生沉淀。钢渣具有多孔结构以及良好的过滤性能和吸附性能，能对水体中的镉、铅、砷、汞、磷等元素进行反应和吸附，并且钢渣也是良好的土壤改良剂，能够使土壤pH升高，土壤中活性硅含量增加，有利于提供土壤中硅元素的供应。

活性炭具有多级、大量、有序排列的微孔，因此孔容大、孔径大，比表面积大，吸附性能强。活性炭具有较强的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，对水中重金属有较强的吸附能力，可以有效吸附Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺等重金属离子，对水质浑浊有明显的澄清作用，可以除去水中的异臭、异味，对细菌也有极好的过滤作用。

纳米二氧化钛对水体中的Cr能够产生协同催化效应，从而加速土壤中Cr的氧化-还原反应，纳米二氧化钛对土壤中的砷也有着极强的吸附能力。同时对于土壤中的Cd、Pb、Zn等重金属元素也有着吸附能力。

在其中一个实施例中，所述砾石填料层沿纵向分为两层，底部填充有平均粒径为8~10毫米的砾石，顶部填充有平均粒径为5~6毫米的砾石。

在其中一个实施例中，所述零价铁反应填料层内填充有包括如下重量份的填料：平均粒径为1~3毫米的铁屑12~14份，平均粒径为2~3毫米的石英砂38~44份，柱撑膨润土1~3份。

在其中一个实施例中，所述生物反应填料层由土壤污染区域至储液槽的方向依次分为三层结构，第一层填充有粗砂和微生物固定化泥炭，第二层填充有电气石和微生物固定化泥炭，第三层填充有珍珠岩和微生物固定化泥炭，各层之间的厚度比为2:1:3。

在其中一个实施例中，所述活性炭填料层内填充有包括如下重量份的填料：椰子壳活性炭6~10份、平均粒径为2~3毫米的石英砂28~36份、膨润土1~2份、粉煤灰1~2份。粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，还含有少量铁的氧化物，能与吸附质通过化学键结合，同时粉煤灰具有较大的孔隙度和比表面积，可利用粉煤灰的物理吸附、化学吸附、离子交换吸附和吸附-絮凝沉淀协同作用对污染物进行吸附。

氯代烃作为土壤中最常见的有机污染物，能够被微生物利用并为微生物活动提供碳源以及能源。采用生物降解的方法修复氯代烃的污染，即通过筛选、培养、富集对某种化合物具有降解效果的优势菌群，通过添加降解活动所需的各类其他物质，用以强化微生物活动，从而达到对污染物的降解的目的。好氧微生物降解氯代烃的效率较高且比较完全，因此当治理表层土壤以及土壤埋深较浅的土壤和土壤氯代烃污染时，可以通过提高水中的溶解氧含量，促进好氧微生物的活动，达到降解氯代烃的目的。

生物反应填料中的微生物采用泥炭固定，泥炭是沼泽发育过程中的产物，质地松软，材料天然无菌，保水通气，孔隙发达，适合做微生物固定化载体。

电气石是一种由硼、铝、钠、铁、钙、镁等元素组成，且含有大量羟基的环状硅酸盐晶体矿物。电气石是一种热释电材料，内部存在自发极化，具有辐射中远红外线、诱生负离子等作用。电气石的自发电极和表面吸附特性，使得其在酸性、碱性水溶液中可以改变溶液的pH和电导率；同时，溶液中的羟基离子与电气石自发电极诱导电荷作用产生氧气，可以增加溶液的DO；电气石产生的红外辐射可以使水分子发生振动，引起部分氢键断裂，因此使得水分子团簇结构减小，提高水的渗透性。基于电气石以上所述特性，采用电气石为作为活性材料，将其应用于氯代烃污染土壤的修复，不仅可以保持微生物的活性和对氯代烃的降解，还能有效缓解运行中的堵塞问题，有利于长期、有效的运行。零价铁是一种廉价高效应用广泛的修复材料，对氯代烃具有极高的还原效率；而同时微生物能够降解氯代烃。

本发明有益效果：本修复装置能够同时对土壤中的有机污染物以及重金属污染物进行处理，采用多级分层处理，更好的对受污染土壤进行修复，著降低了土壤重金属含量以及有机污染物含量，保障生态安全。

附图说明

图1是本修复装置的示意图。

图中：隔水墙-1；注水口-2；储液槽-3；水处理设备-4；可渗透反应墙-5。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于土壤污染的多层次修复装置，包括环绕于土壤污染区域外周设置的隔水墙1、设置于土壤污染区域内的若干个注水口2、与隔水墙1连通的储液槽3、以及与储液槽3连接的水处理设备4，注水口2位于相对于储液槽3所在位置的另一端，储液槽3位于地表之下，隔水墙1与储液槽3的连通区域设置有可渗透反应墙5，隔水墙1的上端凸出于土壤污染区域的平均地表高度，隔水墙1的下端嵌入至土壤污染区域的地下隔水层内，可渗透反应墙5为多层复合结构，由土壤污染区域至储液槽的方向依次包括重金属处理层和有机污染处理层。

有机污染处理层由土壤污染区域至储液槽的方向依次包括砾石填料层、零价铁反应填料层、生物反应填料层和活性炭填料层。

重金属处理层内填充有包括如下重量份的填料：钢渣4份、椰子壳活性炭2份、纳米二氧化钛0.8份。

砾石填料层沿纵向分为两层，底部填充有平均粒径为8毫米的砾石，顶部填充有平均粒径为5毫米的砾石。

零价铁反应填料层内填充有包括如下重量份的填料：平均粒径为1毫米的铁屑12份，平均粒径为2毫米的石英砂38份，柱撑膨润土1份。

生物反应填料层由土壤污染区域至储液槽的方向依次分为三层结构，第一层填充有粗砂和微生物固定化泥炭，第二层填充有电气石和微生物固定化泥炭，第三层填充有珍珠岩和微生物固定化泥炭，各层之间的厚度比为2:1:3。

活性炭填料层内填充有包括如下重量份的填料：椰子壳活性炭6份、平均粒径为2毫米的石英砂28份、膨润土1份、粉煤灰1份。

实施例2

一种用于土壤污染的多层次修复装置，包括环绕于土壤污染区域外周设置的隔水墙1、设置于土壤污染区域内的若干个注水口2、与隔水墙1连通的储液槽3、以及与储液槽3连接的水处理设备4，注水口2位于相对于储液槽3所在位置的另一端，储液槽3位于地表之下，隔水墙1与储液槽3的连通区域设置有可渗透反应墙5，隔水墙1的上端凸出于土壤污染区域的平均地表高度，隔水墙1的下端嵌入至土壤污染区域的地下隔水层内，可渗透反应墙5为多层复合结构，由土壤污染区域至储液槽的方向依次包括重金属处理层和有机污染处理层。

有机污染处理层由土壤污染区域至储液槽的方向依次包括砾石填料层、零价铁反应填料层、生物反应填料层和活性炭填料层。

重金属处理层内填充有包括如下重量份的填料：钢渣7份、椰子壳活性炭5份、纳米二氧化钛0.8份。

砾石填料层沿纵向分为两层，底部填充有平均粒径为10毫米的砾石，顶部填充有平均粒径为6毫米的砾石。

零价铁反应填料层内填充有包括如下重量份的填料：平均粒径为3毫米的铁屑14份，平均粒径为3毫米的石英砂44份，柱撑膨润土3份。

生物反应填料层由土壤污染区域至储液槽的方向依次分为三层结构，第一层填充有粗砂和微生物固定化泥炭，第二层填充有电气石和微生物固定化泥炭，第三层填充有珍珠岩和微生物固定化泥炭，各层之间的厚度比为2:1:3。

活性炭填料层内填充有包括如下重量份的填料：椰子壳活性炭10份、平均粒径为3毫米的石英砂36份、膨润土2份、粉煤灰2份。

实施例3

一种用于土壤污染的多层次修复装置，包括环绕于土壤污染区域外周设置的隔水墙1、设置于土壤污染区域内的若干个注水口2、与隔水墙1连通的储液槽3、以及与储液槽3连接的水处理设备4，注水口2位于相对于储液槽3所在位置的另一端，储液槽3位于地表之下，隔水墙1与储液槽3的连通区域设置有可渗透反应墙5，隔水墙1的上端凸出于土壤污染区域的平均地表高度，隔水墙1的下端嵌入至土壤污染区域的地下隔水层内，可渗透反应墙5为多层复合结构，由土壤污染区域至储液槽的方向依次包括重金属处理层和有机污染处理层。

有机污染处理层由土壤污染区域至储液槽的方向依次包括砾石填料层、零价铁反应填料层、生物反应填料层和活性炭填料层。

重金属处理层内填充有包括如下重量份的填料：钢渣5份、椰子壳活性炭3份、纳米二氧化钛0.5份。

砾石填料层沿纵向分为两层，底部填充有平均粒径为9毫米的砾石，顶部填充有平均粒径为5毫米的砾石。

零价铁反应填料层内填充有包括如下重量份的填料：平均粒径为2毫米的铁屑13份，平均粒径为3毫米的石英砂40份，柱撑膨润土2份。

生物反应填料层由土壤污染区域至储液槽的方向依次分为三层结构，第一层填充有粗砂和微生物固定化泥炭，第二层填充有电气石和微生物固定化泥炭，第三层填充有珍珠岩和微生物固定化泥炭，各层之间的厚度比为2:1:3。

活性炭填料层内填充有包括如下重量份的填料：椰子壳活性炭8份、平均粒径为2毫米的石英砂32份、膨润土1.5份、粉煤灰1份。