CN101513643A

CN101513643A - 一种污染土壤的原位微波修复方法与设备

Info

Publication number: CN101513643A
Application number: CNA2009100611860A
Authority: CN
Inventors: 陆晓华; 林莉; 陈静
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2009-08-26

Abstract

本发明属于环境保护的有关土壤中污染物处理技术领域，涉及一种污染土壤的原位微波修复方法与设备。本发明以微波为热源，依据污染物的性质向土壤中加入不同的微波吸收剂，并混合均匀，利用微波与吸收剂之间的作用，增强污染土壤体系对微波的吸收和传热能力，使土壤中的各种污染物通过挥发、分解或被固定三种机理得到处理。设备采用移动式微波箱体，微波发生器安装在微波箱体内，辐射器的辐射口位于箱体底部的开口处、并通过波导与微波发生器相连，箱体上安装有与微波发生器电连接的控制器，箱体底部安装有能够拆卸的微波屏蔽罩。该方法处理时间短，操作灵活，通用性强，效率高，同时不污染环境，不带来新的二次污染，是污染土壤原位修复的有效方法。

Description

一种污染土壤的原位微波修复方法与设备

技术领域

本发明属于土壤修复技术，涉及一种污染土壤的原位修复方法与设备，主要适用于工业点源污染场地的修复。

背景技术

随着经济的高速发展，场地污染在我国越来越严重，成为无法忽视的环境问题。我国工业企业80％集中在城市。石油、化工、农药、矿山、印刷、建材、喷涂等各行各业在生产的同时都会产生大量的污染物。各行业场址内堆置和排放的污染物造成了严重的场地污染。废弃污染场地中的各种污染物如不经处置或处理不当，必将对周边的生态环境和人类健康造成不利影响。

在污染场地修复方面，欧美等发达国家起步较早，目前已经拥有先进、成熟、多样化的成套污染场地修复技术和工程实践经验。相比之下，我国土壤修复技术整体起步较晚，目前关于危险废物污染土壤的治理方法还很少，主要依靠引进国外的技术，费用昂贵且适用性差。与此同时，我国除了少数试点项目以外，基本上还没有开展污染场地的治理修复工作。因此，针对我国化工场地污染复杂而严重的现状，研究和开发具有自主知识产权的经济、高效、简洁、快速的场地修复方法和设备显得十分必要。现有的土壤修复技术，大部分均为异位修复技术，需花费大量人力物力进行挖掘和运输工作，增加了处理成本和人员暴露风险。因此，开发一种土壤的原位修复技术和设备具有良好的经济和社会意义。

近年来微波技术作为一项新的污染土壤修复技术，已经有较多的研究。微波用于土壤修复，不仅能处理挥发性、半挥发性的有机物(如卤代烃、多环芳烃、多氯联苯等)，还能处理重金属等非挥发性物质。目前国外已有人做过微波修复土壤中有机溶剂、多环芳香烃、多氯联苯和重金属等的研究，处理效果较好。但大部分研究都集中在微波对污染土壤的异位修复，重点进行了污染土壤修复效果和机理的实验室研究，没有对修复技术的系统性及工业化进行探讨。

发明内容

本发明的目的是开发一种污染土壤的原位微波修复的方法，该方法可以对不同的污染物进行处理，使污染土壤得到修复，减少对生态环境和人类健康的影响；本发明还提供了使用该方法的设备，该设备具有体积小、操作方便和通用性强的特点。

本发明提供的污染土壤的原位微波修复方法，其步骤包括：

第1步：首先对污染场地的表层土壤进行翻松，去除大块杂物，使土壤颗粒较为均匀，依据土壤中污染物的性质加入微波吸收剂，并将其与土壤混合均匀；

第2步：依据土壤中污染物的性质采用下述方式对土壤进行微波辐照处理：

对于含挥发性/半挥发性有机物的污染土壤，微波功率为0.6kW-5kW，微波时间控制在5min-30min；

对于含易分解有机物的污染土壤，微波功率为0.6kW-60kW，微波时间控制在5min-30min；

对于含难挥发性污染物的污染土壤，微波功率选用5kW-60kW，微波时间控制在30min-120min。

本发明提供的污染土壤的原位微波修复设备，其特征在于：微波发生器安装在移动式微波箱体内，辐射器通过波导与微波发生器相连，辐射器的辐射口位于微波箱体底部的开口处，移动式微波箱体上安装有与微波发生器电连接的控制器；移动式微波箱体底部围有能够拆卸的微波屏蔽罩。

本发明所提出的污染土壤的原位微波修复的方法与设备，微波辐射器是用镁、锌、铝、镍的轻金属合金材料制作成的喇叭形筒状物，其断面为多边形或圆形，此方式可使微波发生器发射出的微波能以较佳的匹配和较小的反射耦合传送到被处理的土壤上，形成较佳的微波功率传输和耦合，并保证作用于土壤上的微波的均匀性；对于小面积的点源污染，可采用单一微波修复设备进行修复；对于较大面积污染场地，可采用若干个微波修复设备同时进行处理。具体而言，本发明的优点在于：

(1)采用可移动装置，能方便地采用微波发生器发出的微波使土壤中的污染物被挥发、降解或固定，有效地实现污染场地的原位土壤修复；

(2)可根据不同的污染场地和污染物对象，设置不同的微波发生器功率，操作灵活；

(3)修复对象范围广，对多种类型的污染场地，包括挥发性、半挥发性的有机物和重金属等非挥发性物质污染的场地进行原位修复；

(4)对于小面积的点源污染，可采用单一微波修复设备进行修复；对于较大面积污染场地，可采用若干个微波修复设备同时进行处理；

(5)具有设备体积小、操作方便、通用性强等优点，对污染土壤处理快速高效，同时不污染环境，不带来新的二次污染，降低污染场地对人类健康的影响。

附图说明

附图1为污染土壤的原位微波修复设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本构思是充分利用微波的内外同时加热，且加热速度快的优点。微波加热通过离子迁移和偶极子极化两种加热机理，对物料进行加热，能在短时间内达到快速加热的效果。在土壤修复方面，由于土壤一般不容易吸收微波，故常通过添加微波吸收剂如水、炭颗粒、石墨、磁性纳米颗粒等，增强污染土壤体系对微波的吸收和传热能力，使土壤中的各种污染物得到处理。对于挥发/半挥发性的污染物，其在微波作用下受热气化后会随水分蒸发从土壤中挥发出来，从而使土壤洁净；对于易分解的污染物，当微波将土壤加热到某特定温度时，该污染物可在高温下发生分解；对于难挥发性污染物(如重金属和难挥发性有机物)，当采用微波辐射把土壤加热到较高温度，使土壤形成玻璃态物质时，土壤中的污染物会被固定在土壤中，从而避免有害物质释放到周围环境中。总体而言，微波可通过挥发、分解或被固定三种作用机理，对不同的污染物进行处理，使污染土壤得到修复，减少对生态环境和人类健康的影响。

本发明所提出的污染土壤的原位微波修复的方法，包括功率控制、时间控制、微波吸收剂选择及废气的收集和再生处理，其特征在于：

(1)土壤的处理是采用微波辐照方法进行的；

(2)所采用的微波频率为2450MHz或者915MHz，功率为0.6-60kW。由于微波的穿透深度与频率成反比，且915MHz的磁控管单管可获得较高的功率(30kW或60kW)，而2450MHz的磁控管单管最高仅能获得5kW左右的功率，因此，对于小型反应器，选用2450MHz；对于大型反应器，选用915MHz。

(3)其处理工艺为：

第一步：首先对污染场地的表层土壤进行翻松，去除大块杂物，将大块土壤砸碎使其颗粒较为均匀，依据土壤中污染物的性质加入不同的微波吸收剂，并将其与土壤混合均匀。

对于挥发性/半挥发性有机物，向土壤中加水，使土壤的含水率控制在10％-50％，微波时间控制在5min-30min，微波功率选用0.6kW-5kW，利用微波与土壤孔隙水的作用所产生的大量蒸汽将土壤中的有机物载带出来，实现微波热解吸；对于易分解有机物，向土壤中加入活性炭和铁棒等微波吸收剂，微波时间控制在5min-30min，微波功率可选用0.6kW-60kW，吸收剂在微波作用下温度迅速升高，污染物可在高温下发生分解；对于重金属等难挥发性污染物，向土壤中加入活性炭、铁棒等微波吸收剂，微波时间控制在30min-120min，微波功率选用5kW-60kW，较高的功率和较长的处理时间可使得加入微波吸收剂的土壤升到较高的温度，使土壤形成玻璃态物质，污染物被固定在土壤中。

第二步：将可移动的微波修复设备推置于污染场地上，设备内的微波发生器产生微波，微波加热使土壤温度升高，其中的污染物挥发、降解或被固定，降低其对环境的危害。

第三步：对于挥发/半挥发性污染物污染的土壤，采用气体吸收装置来吸收挥发出来的污染物气体，防止其污染大气，并对收集到的污染物气体进行后续处理。

如图1所示，本发明所提出的一种污染土壤的原位微波修复的设备的结构为：移动式微波箱体1的底部设有开口，并安装有移动装置2，微波箱体1内装有微波发生器3，波导4和辐射器5；辐射器5通过波导4与微波发生器3相连，辐射器5的辐射口位于微波箱体1底部开口处，位于微波箱体1表面上部有控制器6；控制器6上设有开关和加热时间设置按钮，用于控制微波发生器3的开启关闭和加热时间设置。

微波箱体1底部与土壤相接触部分有防止微波泄漏的微波屏蔽罩7，微波屏蔽罩8采用铜、铝或铁的纱网制成，可方便拆卸；微波箱体1侧面留有气体收集口8用于挥发/半挥发性污染气体的收集，通过该气体收集口外接气体吸收罐9和气体吸附柱10，对污染物气体进行回收和处理，气体吸收罐9中可装碱液等对污染气体有吸收的溶液，气体吸附柱10中可填充活性炭等吸附材料，处理后的剩余尾气放空，为防止微波泄漏，气体收集口8由若干个直径在0.1cm-1cm间的小孔构成，且气体收集口8外包有金属防护层(通常为铁皮)11进一步防止微波泄漏。

移动装置2可以使用滑轮等可滑动的部件，其目的是使得微波设备能够较方便地被推动行走，节省人力。

实施案例1

对于堆放多氯联苯的点源污染场地，微波磁控管采用较低功率(如2kW)。处理前先对多氯联苯污染场地的表层土壤进行翻松，去除大块杂物，将大块土壤砸碎使其颗粒均匀。然后向土壤中加入水分并混合，使土壤含水率为10-30％。将微波修复设备推置于污染土壤上，微波辐照时间设定为5-30min，使土壤中的污染物在微波作用下通过热解吸挥发出来。同时，在气体收集口处外接气体收集装置。气体收集器采用冷凝装置或者填充吸附剂，将污染物气体冷凝或吸附。待微波处理结束后，再对气体收集器中收集到的污染物进行后续处理。

实施案例2

对于堆放重金属的点源污染场地，由于重金属固定化所需温度较高，微波磁控管采用较高功率(如10kW)辐射。由于重金属挥发性不强，不外接气体收集装置。处理前先对重金属污染场地的表层土壤进行翻松，去除大块杂物，将大块土壤砸碎使其颗粒均匀。然后向土壤中均匀插入一定数量的铁棒作为微波吸收剂。将微波修复设备推置于污染土壤上，微波辐照30min-120min时间，有铁棒存在时，加有敏化剂的污染土壤在微波作用下迅速升温，其中的重金属污染物在高温下能被有效地固定，使其浸出液达到标准，从而降低其对环境的影响和风险。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1、一种污染土壤的原位微波修复方法，其步骤包括：

第1步首先对污染场地的表层土壤进行翻松，去除大块杂物，使土壤颗粒较为均匀，依据土壤中污染物的性质加入不同的微波吸收剂，并将其与土壤混合均匀；

第2步按照下述要求对土壤进行微波辐照处理：

2、根据权利要求1所述的污染土壤的原位微波修复方法，其特征在于：对于含挥发性/半挥发性有机物的污染土壤，微波吸收剂采用水，并使土壤的含水率控制在10％-50％；并收集土壤挥发出来的污染物气体。

3、一种污染土壤的原位微波修复设备，其特征在于：微波发生器(3)安装在移动式微波箱体(1)内，辐射器(5)通过波导(4)与微波发生器(3)相连，辐射器(5)的辐射口位于微波箱体(1)底部开口处，移动式微波箱体(1)上安装有与微波发生器(3)电连接的控制器(6)；移动式微波箱体(1)底部围有能够拆卸的微波屏蔽罩(7)。

4、根据权利要求3所述的污染土壤的原位微波修复设备，其特征在于：移动式微波箱体(1)侧面留有气体收集口(8)，气体收集口(8)外接气体吸收罐(9)和气体吸附柱(10)，气体吸收罐(9)中装有污染气体吸收溶液，气体吸附柱(10)中填充有吸附材料。

5、根据权利要求4所述的污染土壤的原位微波修复设备，其特征在于：气体收集口(8)由若干个直径为0.1cm-1cm的孔构成，且气体收集口(8)外包有金属防护层(11)。