CN103551378B - 针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土壤修复技术领域及环保技术领域，具体涉及一种针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统及方法。该修复系统包括微波热脱附系统、土壤氧化系统及废气处理系统；污染土壤进入到微波热脱附系统，加入催化剂并经过加热、微波辐射及热脱附处理，土壤中大部分污染物挥发成气态传出，土壤由微波热脱附系统的出料口传出进行后续处理；气态物传入氧化设备底部，含砷有机物经过强氧化反应生成稳定的含砷化合物；处理后的气体经活性污泥池进一步降解达标后，排入大气；土壤进入氧化反应池，经过氧化液的氧化作用，送入回收设备。本发明能彻底、有效地修复有机砷污染土壤，并可回收修复土壤，循环利用，对废气进行处理，达到环境保护标准。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域及环保技术领域，具体涉及一种针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统及方法。
背景技术
近年来，土壤污染愈发引起业界关注，土壤环境直接影响到国民经济的发展和国土资源环境安全，更密切影响到农产品及人体健康。土壤中有机砷是导致土壤污染的重要成分，近年来，除了化工及农业来源以外，源于二战以后日本侵华战争遗弃化学武器所造成的污染也成为土壤污染的重要因素之一。调查表明，在中国18个省市曾经发现日本遗弃的化学武器。目前发现的化学武器数量大、分布广,而且含砷毒剂种类繁多，如芥子气、光气、苯氯乙酮、路易氏剂(L)、二苯氰胂(DC)、二苯氯胂(DA)等。由于埋藏时间长，包装和弹体已经严重腐蚀，部分化学弹中的毒剂外泄，对环境造成了极为严重的污染，这些毒剂经过在土壤中的降解，产生的含砷化合物在土壤中极难降解且对人类的危害严重。因此如何治理有机砷污染,是彻底处理日本遗弃化学武器工作中不可回避的问题。为净化国土、保护环境、避免群众伤亡，日本在华遗留化学武器埋藏地的污染问题亟待解决。
目前对土壤中含砷有机物的修复方法比较单一，尤其是针对化学武器带来的污染，我国大部分地区采取的措施主要是挖掘填埋法，尚无彻底、有效的可解决方法。我国对于土壤污染的修复技术有热脱附技术，即对受污染的土壤进行加热，由于污染物和土壤的沸点不同，污染物变成气体挥发，从而达到使污染物与土壤分离的目的，但这种方式效率比较低，能耗大。
另外，目前也有采用微波技术对受污染土壤进行修复，微波方式对污染土壤处理是通过偶性分子旋转和离子传导两种机理实现的，通过离子迁移和极性分子的旋转使分子运动，但不引起分子内部结构的改变，从而达到使污染物与土壤分离的目的，但微波技术对于难挥发有机物的处理效果欠佳，从而单纯的微波方式对污染土壤修复效果也存在一定的不理想状况。
化学处理技术中多用强氧化方法，使污染物中金属元素被氧化成稳定化合物，再在土壤中经过微生物降解得以修复土壤。常用的氧化剂为过氧化氢联合硫酸亚铁即芬顿试剂。其原理是过氧化氢在碱性条件下易分解，结合硫酸亚铁，催化过氧化氢产生羟自由基，从而达到氧化目的。但亚铁离子易被氧化成铁离子，因此需要同时添加辅助剂，保持亚铁离子的稳定性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统及方法，目的是彻底、有效地修复土壤，并可回收修复土壤，循环利用，对废气进行处理，达到环境保护标准。
本发明所述系统采用的技术方案为：该修复系统包括微波热脱附系统、土壤氧化系统及废气处理系统；
所述微波热脱附系统的主体为微波热脱附系统棚，在微波热脱附系统棚内设置输送带，在输送带前端上方设置催化剂添加器,催化剂添加器后方的输送带上方设置微波谐振腔；微波谐振腔的顶部与微波发生装置连接，底面通过多个波导管分别与相应数量的耦合口连接；在输送带的下方设置与加热设备连接的热风设备；
所述土壤氧化系统的主体为氧化反应池，氧化反应池的入口通过管路和蠕动泵与土壤收集器连接，土壤收集器接到输送带末端的微波热脱附系统棚上，第二氧化剂添加器与氧化反应池连接；氧化反应池的出口端与回收设备连接；
所述废气处理系统的主体为氧化设备，氧化设备内的气体输送管路的入口端通过输气管路和第一引风机与微波发生装置连接，氧化设备上方设置与气体输送管路出口连通的集气棚，集气棚通过管路和第二引风机与活性污泥池的下端入口连接，活性污泥池上部的出口通过管路和第三引风机与烟囱连接；第一氧化剂添加器与氧化设备连接。
所述活性污泥池与第三引风机之间的管路上安装检测设备。
所述气体输送管路为S形，其上设置若干个微型孔。
所述活性污泥池内添加活性污泥，其中富含有机微生物及细菌。
所述微波热脱附系统棚、氧化反应池、氧化设备均为密闭结构。
本发明提供的利用所述系统的复合修复方法，按如下步骤进行：
步骤1)：污染土壤进入到微波热脱附系统中，由输送带传送；催化剂经过催化剂添加器被均匀添加进土壤中，输送带携带污染土壤经过微波辐射及热脱附处理，土壤中大部分污染物挥发成气态由微波发生装置上方的集气棚收集传出，剩余土壤由微波热脱附系统下方的出料口传出进行后续处理；
步骤2)：收集的气态物中含有光气、芥子气及少量含砷有机物，经过传输管道传入氧化设备底部；通过第一氧化剂添加器向氧化设备内均匀注入芬顿试剂，含砷有机物经过强氧化反应，砷由+3价经过氧化反应成+5价，生成稳定的含砷化合物；处理后的气体经管路进入活性污泥池进行进一步的降解；监测达标后，通过烟囱排入大气；
步骤3)：微波热脱附系统处理过土壤中还存有难分解和挥发的含砷有机物，由蠕动泵传送进入氧化反应池，第二氧化剂添加器向氧化反应池内均匀注入氧化剂，土壤经过氧化液的氧化作用，送入回收设备。
所述步骤1)中的污染土壤由输送带下方的加热系统加热。
所述步骤3)中第二氧化添加器内的氧化剂为芬顿试剂。
本发明具有如下优点：
(1)本发明联合了微波修复、热脱附修复、化学氧化法修复及微生物修复等技术。虽然包括的修复方法较多，但是成本低，能耗低，旨在将有机物彻底修复，达到环境保护的目的。
(2)本发明便于操作，自动化程度高，可以节省人力。
(3)本发明不会产生大量废气，对排放的气体都做了处理，修复后的土壤亦可返回生态环境中继续利用，达到保护环境的效果。
(4)本发明比起固封填埋等方法，使被污染的土壤可以再次利用，且对土壤及水体没有二次污染，起到了节省资源的优良效果。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图中标号：
1-进料口；2-催化剂添加器；3-输送带；4-波导管；5-耦合口；6-微波发生装置；7-微波谐振腔；8-输气管路；9-第一引风机；10-微波热脱附系统棚；11-皮带轮；12-集气棚；13-氧化设备；14-第一氧化剂添加器；15-第二引风机；16-活性污泥池；17-第三引风机；18-烟囱；19-活性污泥；20-土壤收集器；21-蠕动泵；22-第二氧化剂添加器；23-氧化反应池；24-回收设备；25-监测设备；26-气体输送管路；27-加热设备；28-热风设备。
具体实施方式
本发明提供了一种针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。
该系统的结构如图1所示，包括微波热脱附系统、土壤氧化系统及废气处理系统三部分。
微波热脱附系统的主体为密封的微波热脱附系统棚10，在微波热脱附系统棚10内设置输送带3，在输送带3前端上方设置催化剂添加器2,催化剂添加器2后方的输送带3上方设置微波谐振腔7；微波谐振腔7的顶部与微波发生装置6连接，底面通过多个波导管4分别与相应数量的耦合口5连接；在输送带3的下方设置与加热设备27连接的热风设备28。
土壤氧化系统的主体为密封的氧化反应池23，氧化反应池23的入口通过管路和蠕动泵21与土壤收集器20连接，土壤收集器20接到输送带3末端的微波热脱附系统棚10上，第二氧化剂添加器22与氧化反应池23连接；氧化反应池23的出口端与回收设备24连接。
废气处理系统的主体为密闭的氧化设备13，氧化设备13内的气体输送管路26的入口端通过输气管路8和第一引风机9与微波发生装置6连接，氧化设备13上方设置与气体输送管路26出口连通的集气棚12，气体输送管路26为S形，其上设置若干个微型孔；集气棚12通过管路和第二引风机15与活性污泥池16的下端入口连接，活性污泥池16上部的出口通过管路和第三引风机17与烟囱18连接；第一氧化剂添加器14与氧化设备13连接；活性污泥池16与第三引风机17之间的管路上安装监测设备25；活性污泥池16内添加活性污泥19，其中富含有机微生物及细菌。
利用上述系统的复合修复方法的工作流程如下：
污染土壤经过进料口1进入到修复系统中，由输送带3传送。催化剂经过催化剂添加器2被均匀添加进土壤中，输送带3携带污染土壤经过微波辐射处理及热脱附处理，并由热风设备28加热。土壤中大部分污染物挥发成气态由微波发生装置6上方的输气管路8收集传出，剩余土壤将由微波热脱附系统下方的出料口传出进行下一步处理。
处理后的废气中含有光气、芥子气及少量含砷有机物，经过输气管路8由第一引风机9传入氧化设备13底部。氧化设备13外部设有第一氧化剂添加器14，均匀注入芬顿试剂，使得氧化设备13部充满氧化剂。含砷有机物经过强氧化反应，砷由+3价经过氧化反应成+5价，生成稳定的含砷化合物。处理后的气体经过集气棚12收集，沿着管路经第二引风机15送入活性污泥池16进行进一步的降解。降解后的气体由监测设备25随时监测，达标后，通过第三引风机17进入烟囱18排入大气。
微波热脱附系统下方经过处理的土壤中还存有难分解和挥发的含砷有机物，经由出料口传出到土壤收集器20，由蠕动泵21传送进入氧化反应池23，氧化反应池23外部设有第二氧化剂添加器22，均匀注入氧化剂到氧化池中。土壤经过氧化液的氧化作用，由管路传送出来至回收设备24，再送出回收利用。由此达到该发明一系列的修复目的。
Claims (7)
1.一种针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统，其特征在于，包括微波热脱附系统、土壤氧化系统及废气处理系统；
所述微波热脱附系统的主体为微波热脱附系统棚(10)，在微波热脱附系统棚(10)内设置输送带(3)，在输送带(3)前端上方设置催化剂添加器(2),催化剂添加器(2)后方的输送带(3)上方设置微波谐振腔(7)；微波谐振腔(7)的顶部与微波发生装置(6)连接，底面通过多个波导管(4)分别与相应数量的耦合口(5)连接；在输送带(3)的下方设置与加热设备(27)连接的热风设备(28)；
所述土壤氧化系统的主体为氧化反应池(23)，氧化反应池(23)的入口通过管路和蠕动泵(21)与土壤收集器(20)连接，土壤收集器(20)接到输送带(3)末端的微波热脱附系统棚(10)上，第二氧化剂添加器(22)与氧化反应池(23)连接；氧化反应池(23)的出口端与回收设备(24)连接；
所述废气处理系统的主体为氧化设备(13)，氧化设备(13)内的气体输送管路(26)的入口端通过输气管路(8)和第一引风机(9)与微波发生装置(6)连接，氧化设备(13)上方设置与气体输送管路(26)出口连通的集气棚(12)，集气棚(12)通过管路和第二引风机(15)与活性污泥池(16)的下端入口连接，活性污泥池(16)上部的出口通过管路和第三引风机(17)与烟囱(18)连接；第一氧化剂添加器(14)与氧化设备(13)连接；
所述活性污泥池(16)内添加活性污泥(19)，其中富含有机微生物。
2.根据权利要求1所述的针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统，其特征在于，所述活性污泥池(16)与第三引风机(17)之间的管路上安装检测设备(25)。
3.根据权利要求1所述的针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统，其特征在于，所述气体输送管路(26)为S形，其上设置若干个微型孔。
4.根据权利要求1所述的针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统，其特征在于，所述微波热脱附系统棚(10)、氧化反应池(23)、氧化设备(13)均为密闭结构。
5.一种利用权利要求1所述针对土壤有机砷污染的联合微波氧化复合修复系统的复合修复方法，其特征在于，按如下步骤进行：
步骤1)：污染土壤进入到微波热脱附系统中，由输送带(3)传送；催化剂经过催化剂添加器(2)被均匀添加进土壤中，输送带(3)携带污染土壤经过微波辐射及热脱附处理，土壤中大部分污染物挥发成气态由微波发生装置(6)上方的集气棚(12)收集传出，剩余土壤由微波热脱附系统下方的出料口传出进行后续处理；
步骤2)：收集的气态物中含有光气、芥子气及少量含砷有机物，经过传输管道传入氧化设备(13)底部；通过第一氧化剂添加器(14)向氧化设备(13)内均匀注入芬顿试剂，含砷有机物经过强氧化反应，砷由+3价经过氧化反应成+5价，生成稳定的含砷化合物；处理后的气体经管路进入活性污泥池(16)进行进一步的降解；监测达标后，通过烟囱排入大气；
步骤3)：微波热脱附系统处理过土壤中还存有难分解和挥发的含砷有机物，由蠕动泵传送进入氧化反应池(23)，第二氧化剂添加器(22)向氧化反应池(23)内均匀注入氧化剂，土壤经过氧化液的氧化作用，送入回收设备。
6.根据权利要求5所述的复合修复方法，其特征在于，所述步骤1)中的污染土壤由输送带下方的加热系统加热。
7.根据权利要求5所述的复合修复方法，其特征在于，所述步骤3)中第二氧化添加器(22)内的氧化剂为芬顿试剂。
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