CN103624073A - 过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置及其模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置及其模拟试验方法。该装置包括液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元、多功能破碎搅拌喷洒单元及其配套密闭搅拌容器单元；多功能破碎搅拌喷洒单元包括带多个锤式桨叶和喷洒孔的空心破碎搅拌轴，液体药剂和蒸汽通入破碎搅拌轴。该方法包括过硫酸盐溶液的配制、热蒸汽的制备、土壤的加入、初步破碎搅拌、过硫酸盐溶液的喷洒、热蒸汽的注入、容器上下脱离、土壤性质分析及样品采集、数据分析过程。本发明能在较低土壤水分含量下实现过硫酸盐溶液与污染土壤充分混合；通过向土壤中注入蒸汽进行加热实现过硫酸盐的激活，模拟活化过硫酸盐对土壤中有机污染物的修复效果。

Description

过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置及其模拟试验方法

技术领域

本发明属于污染土壤修复技术领域，具体涉及一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置及其模拟试验方法。

背景技术

随着城市化和产业转移进程的加快，我国城市工业企业搬迁或遗留的污染场地数量与日俱增。初步估计，我国各类工业污染场地至少以数十万计。城市污染场地已成为我国许多大中城市土地资源安全再利用的限制因素。场地污染土壤修复的研究和实践已成为我国环境治理领域的重要内容。

据估计，在城市污染场地中潜在的挥发性有机物（VOCs）和半挥发性有机物（SVOCs）污染场地占到一半左右。如何合理有效地处置挥发/半挥发性有机物污染土壤已成为亟需解决的技术难题。

按土壤修复位置的不同，可以将土壤修复技术分为原位和异位两种，前者不需将土壤挖掘出来而在原地进行污染土壤的修复。上海的土壤类型主要为渍潜型和淋溶-淀积型的水成和半水成土，绝大部分地区土壤的粘粒含量高于16.35%，质地较为粘重，渗透系数一般低于10^-5cm/s，因此原位土壤修复技术的应用受到限制。

异位高级氧化修复技术是重要的有机污染土壤修复技术，具有修复效率高、时间短、成本低、对污染物类型和浓度不敏感等优点，自20世纪90年代以来，该技术开始应用于有机污染场地的修复。国内外研究人员对高锰酸盐、过氧化氢、芬顿试剂和臭氧等氧化剂开展了广泛而深入的研究，发现这几种传统的氧化剂用于土壤修复时存在稳定性低、受土壤条件影响大等诸多弊端，从而在一定程度上限制了这些氧化剂在污染土壤修复中的应用。

高锰酸钾是一种固体氧化剂，其标准氧化还原电位为+1.68V，在这几种氧化剂中其氧化性相对较低。高锰酸钾具有运输方便、适用pH范围广、受碳酸根等离子影响小等优点，但其缺点也较为突出：（1）高锰酸钾是通过提供氧原子对有机物进行氧化，此过程没有形成羟基自由基（.OH），从而表现出相对较弱的氧化性能；（2）高锰酸钾具有较深的紫红色，添加至土壤后会显著改变土壤的颜色等外观指标，感官感受较差。

过氧化氢是一种无色透明液体氧化剂，其标准氧化还原电位为+1.70V，其自身氧化性也相对较低。过氧化氢自身可以对有机物进行氧化反应，同时产生的羟基自由基（+2.70V）具有更强的氧化性。过氧化氢的缺点主要包括：（1）易分解，稳定性低；（2）修复过程中易产生气体和热量，无效损耗大；（3）修复时有效时间较短，通常只有几个小时；（4）要求采取较为严格的防护措施。

芬顿试剂是在过氧化氢中加入亚铁离子，催化过氧化氢产生氧化性较强的羟基自由基，这在一定程度上提高了过氧化氢的氧化能力。为了保持亚铁离子较强的催化活性，传统的芬顿反应必须控制pH值在3左右，维持较强的酸性条件。由于具有以上特性，芬顿试剂作为氧化剂主要具有以下缺点：（1）过氧化氢易分解，稳定性低；（2）修复过程中短时间内剧烈反应，易产生气体释放剧烈热量，无效损耗大；（3）修复时有效时间较短，通常只有几个小时；（4）要求采取较为严格的防护措施；（5）由于具有较强酸性，会显著降低土壤pH值并改变土壤理化性质，若土壤中含有重金属污染物，pH的降低可能会显著提高重金属的迁移性，通常需要再次加入碱性物质调整土壤酸碱性。

臭氧的标准氧化还原电位为+2.07V，氧化性相对较强，同时臭氧氧化过程中可以产生氧化性更强的羟基自由基。但由于臭氧为气体氧化剂，这给其应用带来了诸多不利影响：（1）水溶性较低，与土壤的接触时间较短；（2）有效时间较短，通常只有几个小时；（3）往往会产生毒性较强的中间产物。

过硫酸盐由于具有优越的特性且价格低廉而越来越受到关注。过硫酸盐在水中电离产生过硫酸根离子S₂O₂ ^-8，其标准氧化还原电位为+2.01V，接近于臭氧，大于高锰酸根和过氧化氢。在适宜的激活条件下，S₂O₂ ^-8活化分解为硫酸根自由基（SO₄ ^2-.），其氧化还原电位可达到+2.60V，远远高于过硫酸根本身，接近于氧化性极强的羟基自由基，这极大地提高了过硫酸盐降解有机污染物的能力。因此过硫酸盐应用时需要先进行激活。

紫外光、热、过渡金属离子、强碱性等条件均可以激活过硫酸根产生硫酸根自由基。紫外光在土壤中的穿透性不强，因此其有效修复深度较浅，效果较低；土壤中自由态Fe²⁺等过渡金属离子的含量较低，若通过外源向土壤中加入，则必将显著增加修复成本；为了形成较强的土壤碱性环境条件，常需向土壤中加入外源碱性物质，这会显著改变土壤理化性质，通常需要再次加入酸性物质调整土壤酸碱性，修复成本显著增加；土壤加热有通入热空气、热蒸汽、微波加热等方式，均可以实现过硫酸盐的激活。由于水蒸汽的比热较大，对土壤加热的效率较高，且成本较低，因此对技术可行性、操作便易程度、修复成本等因素进行综合比较，热蒸汽输入是过硫酸盐激活提高后续高级氧化修复效率的优选方式。

异位高级氧化修复技术实施过程中，质地粘重的污染土壤易持有较多的水分，从而导致土壤常以大块状的形式存在，这会造成土壤较难破碎、过硫酸盐溶液不易与土壤混匀等问题，这往往成为土壤修复工程成功与否的关键因素。过硫酸盐溶液容易被土壤所吸持，不易达到土壤颗粒内部，常用的土壤破碎混合设备对过硫酸盐溶液的混合效率不高，因此必须进行土壤的破碎，破坏土壤的致密结构，减小土壤的粒径，同时必须具有液体药剂喷洒模块，实现过硫酸盐溶液与土壤的均匀混合；向土壤中注入热蒸汽是激活过硫酸盐增强其氧化性的重要途径。但目前而言，具有破碎搅拌、液体药剂喷洒功能、热蒸汽注入功能的实验室配套设备比较缺乏，多数情况下研究人员先将液体药剂配制成足量溶液，其中的水分足以使土壤形成泥浆，采用水处理搅拌机或磁力搅拌器等设备实现液体药剂与土壤的充分混匀，并放置于水浴锅内加热实现过硫酸盐的激活。但在实施土壤修复工程时，往往不能向土壤中添加大量的水分使其形成泥浆，因为泥浆不利于后续的运输和资源化利用过程，同时造成资源的浪费；由于土壤量巨大，也不能采用水浴锅的形式对土壤加热。这就造成了实验室模拟试验与现场修复工程的场景和参数不吻合，在很大程度上限制了试验参数的普适性、准确性。因此，有必要研制一种能在较低土壤水分含量下实现过硫酸盐溶液与污染土壤充分混合、具有热蒸汽注入模块的试验模拟装置，以研究过硫酸盐异位高级氧化修复有机污染土壤的主要影响因素和工艺参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置及其模拟试验方法，该模拟试验装置及其模拟试验方法能在维持较低土壤水分含量的前提下实现过硫酸盐溶液与土壤的充分混合，同时具有蒸汽加热功能，能够实现过硫酸盐的激活，以研究过硫酸盐异位高级氧化修复有机污染土壤的主要影响因素，获得更精确的修复技术工艺参数。

本发明的技术方案是：

一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，它包括液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元、多功能破碎搅拌喷洒单元及其配套密闭搅拌容器单元，其中

液体药剂输送单元包括溶液存储池、防腐蠕动泵、液体流量计和液体输送管道；防腐蠕动泵入口与溶液存储池连接，出口通过液体输送管道与多功能破碎搅拌喷洒单元连接；防腐蠕动泵出口设有液体流量计。溶液存储池用于储存配制好的过硫酸盐溶液。防腐蠕动泵产生动力，并借助液体输送管道将过硫酸盐溶液输送至液体流量计并最终进入多功能破碎搅拌喷洒单元。液体流量计用于记录过硫酸盐溶液的流量，并计算过硫酸盐溶液的添加量。所述防腐蠕动泵和液体流量计可以合并在一起。

蒸汽发生输送单元包括蒸汽发生器、蒸汽流量计和蒸汽输送管道；蒸汽发生器出口设有蒸汽流量计，并通过蒸汽输送管道与多功能破碎搅拌喷洒单元连接；蒸汽发生器产生蒸汽，并借助蒸汽输送管道将高温蒸汽输送至蒸汽流量计并最终进入多功能破碎搅拌喷洒单元。蒸汽流量计用于记录蒸汽的流量。所述蒸汽发生器和蒸汽流量计可以合并在一起。

多功能破碎搅拌喷洒单元包括调速电机、电机转速控制器、联轴器、电机轴、传动机构、轴承、支架、破碎搅拌轴、三通管及配套阀门；电机转速控制器和调速电机相连接，用于控制并记录电机轴承的转速；调速电机通过联轴器与电机轴连接，产生旋转动力；电机轴通过传动机构与破碎搅拌轴连接，将动力传送给破碎搅拌轴，使其滚动，滚动过程中破碎搅拌轴上附着的锤式桨叶对土壤加以破碎和搅拌；所述传动机构为传动齿轮或传动链条；破碎搅拌轴通过轴承固定在支架上；多个锤式桨叶沿轴向依次排列并交错分布在破碎搅拌轴上的中间部位；锤式桨叶呈T形，其尾端固定在破碎搅拌轴上，其外端向与破碎搅拌轴垂直或倾斜成一定角度的方向延伸出去；破碎搅拌轴上位于锤式桨叶的两侧各套有一个密封圈，与配套密闭搅拌容器单元密封连接，保证容器的密闭性；破碎搅拌轴为可滚动的、一端开口一端封闭的空心管，其上的中间部位附着有锤式桨叶及多个喷洒孔，滚动过程中该结构能够对土壤加以破碎和搅拌，同时破碎搅拌轴上开有多个喷洒孔，能够实现搅拌过程中过硫酸盐溶液、蒸汽的均匀加入；破碎搅拌轴一端封闭，另一端与带有配套阀门的三通管连接；三通管固定在支架上，不转动；该三通管另两端分别与液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元连接，为过硫酸盐溶液、蒸汽进入破碎搅拌轴提供了通道。破碎搅拌轴和三通管之间设有密封圈，在破碎搅拌轴转动过程中保证过硫酸盐溶液、蒸汽等不会发生渗漏。锤式桨叶的表面积较大，有助于土壤的破碎和搅拌，其尺寸和密度可以根据需要加以调整。

配套密闭搅拌容器单元包括分体容器和可升降底座；分体容器由活动连接的上下两个组件组成；在分体容器的左右两侧壁上设有以上下两组件之间的连接线为中心线、与破碎搅拌轴及其上的密封圈适配的开口；破碎搅拌轴的中间部位及其上的锤式桨叶位于分体容器内部，破碎搅拌轴两端从分体容器两侧壁上的开口穿出，并通过套在破碎搅拌轴上的密封圈与分体容器密封连接；分体容器下组件下端与可升降底座固定或活动连接，通过调节可升降底座的高度保证分体容器与密封圈紧密连接。多功能破碎搅拌喷洒单元和配套密闭搅拌容器单元的紧密连接能够防止实验过程中土壤的外溢和灰尘的产生。

分体容器下组件的形状为半圆柱体；分体容器下部为横放的圆柱形，即分体容器下部的形状为近圆柱体（即比一个整圆柱体小一点，为3/4至4/5圆柱体，接近一个整圆柱体）；这种形状能够防止土壤破碎搅拌过程中产生死角，增加破碎搅拌的效率。

分体容器上下两个组件之间可通过法兰和螺栓连接，或采用其他活动连接方式。

分体容器上下组件间可铺垫硅胶垫圈，以保证上下两个组件连接时的密闭性。

密封圈的材质可用聚四氟乙烯或其他材料。

所述配套密闭搅拌容器单元为经过防腐处理的碳钢材质。

所述破碎搅拌轴为碳钢材质并经过防腐处理。

分体容器和可升降底座可连接为一体或分开，即分体容器下端与可升降底座之间可为固定或活动连接。

所述分体容器下组件下端设支撑柱和底板，并通过支撑柱与下面的水平底板连接，防止容器倾倒；底板下面与可升降底座连接。

一种利用上述模拟试验装置进行的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验方法，按如下步骤进行：

（一）、过硫酸盐溶液的配制：根据拟研究的处理后的土壤含水量和过硫酸盐添加量来配制过硫酸盐溶液，并存放于溶液存储池；

（二）、热蒸汽的制备：将去离子水输入蒸汽发生器内，接通蒸汽发生器电源开关，电热管开始加热并制备热蒸汽；

（三）、土壤的加入：称取一定数量的供试土壤，放置于分体容器下组件中；调整可升降底座的高度直至分体容器下组件上的开口与破碎搅拌轴上的密封圈紧密连接；将硅胶垫圈铺垫在分体容器下组件上，将分体容器上组件放置于硅胶垫圈上，通过法兰和螺栓将上组件和下组件连接；

（四）、初步破碎搅拌：打开调速电机的开关，通过电机转速控制器调整转速，通过破碎搅拌轴上的锤式桨叶实现土壤的破碎及混合；

（五）、过硫酸盐溶液的喷洒：打开三通管上与液体药剂输送单元连接的阀门，打开防腐蠕动泵和液体流量计的电源，根据药剂溶液的添加量选择适宜的流量，将药剂溶液泵入破碎搅拌轴，通过破碎搅拌轴上的喷洒孔实现药剂溶液的喷洒。过硫酸盐溶液喷洒完毕后，关闭三通管上与液体药剂输送单元连接的阀门，关闭防腐蠕动泵和液体流量计的电源；

（六）、热蒸汽的注入：打开三通管上与蒸汽发生输送单元连接的阀门，打开蒸汽流量计的电源，根据蒸汽注入量选择适宜的流量，将热蒸汽输入破碎搅拌轴，通过破碎搅拌轴上的喷洒孔实现热蒸汽的注入。热蒸汽注入完毕后，关闭三通管上与蒸汽发生输送单元连接的阀门，关闭蒸汽发生器和蒸汽流量计的电源；

（七）、多功能破碎搅拌喷洒单元与配套密闭搅拌容器单元的脱离：通过电机转速控制器调整转速为零，关闭调速电机的开关，旋开法兰上的螺栓，使分体容器上组件和下组件分离，下调可升降底座的高度直至分体容器下组件上的开口与破碎搅拌轴上的密封圈脱离；

（八）、土壤性质分析及样品采集：在分体容器下组件中进行土壤性质快速测定和土壤样品的采集，并根据需要对采集的土壤样品进行污染物含量分析等测试；

（九）、数据分析：利用上述数据，将不同处理加以比较，探讨过硫酸盐高级氧化异位修复有机污染土壤过程中的主要影响因素，获得修复技术工艺参数。

本发明的有益效果：

与现有的技术相比，本发明提供的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置及其模拟试验方法具有以下优点：

1、对土壤进一步破碎，降低土壤粒径，有利于提高土壤和过硫酸盐溶液的混合效率；

2、在维持较低土壤水分含量的前提下能够实现过硫酸盐溶液与土壤的充分混合，不需向土壤中添加过量的水分使其成为泥浆，与实际修复工程较为符合，防止较高土壤水分含量、较低氧化还原电位使试验结果产生偏差；

3、通过向土壤中注入蒸汽对土壤进行加热，实现土壤中过硫酸盐的激活，模拟活化过硫酸盐对土壤中有机污染物的修复效果；

4、污染土壤修复模拟试验过程中系统处于封闭状态，不产生灰尘。

附图说明

图1是本发明的液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元和多功能破碎搅拌喷洒单元的结构示意图；

图2是本发明的配套密闭搅拌容器单元的截面结构示意图；

图3是本发明的液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元和多功能破碎搅拌喷洒单元与配套密闭搅拌容器单元连接在一起的结构示意图。

图中：1、调速电机，2、电机转速控制器，3、电机轴，4、传动齿轮，5、轴承，6、支架，7、密封圈，8、破碎搅拌轴，9、锤式桨叶，10、喷洒孔，11、密封圈，12、三通管，13、球阀，14、液体流量计，15、防腐蠕动泵，16、溶液存储池，17、液体输送管道，18、球阀，19、蒸汽发生器，20、蒸汽流量计，21、蒸汽输送管道，22、分体容器上组件，23、分体容器下组件，24、分体容器上组件、下组件连接线，25、开口，26、法兰，27、螺栓，28、支撑柱，29、底板，30、可升降底座

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1～3所示，本发明的一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，主要包括液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元、多功能破碎搅拌喷洒单元及其配套密闭搅拌容器单元，其中：

液体药剂输送单元包括溶液存储池16、防腐蠕动泵15、液体流量计14和液体输送管道17。溶液存储池16用于储存配制好的过硫酸盐溶液，防腐蠕动泵15一端与溶液存储池16连接，产生动力，并借助液体输送管道17将过硫酸盐溶液输送至液体流量计14并最终进入破碎搅拌轴8。液体流量计14用于记录过硫酸盐溶液的流量，并计算过硫酸盐溶液的添加量。

蒸汽发生输送单元包括蒸汽发生器19、蒸汽流量计20和蒸汽输送管道21。蒸汽发生器19产生蒸汽，并借助蒸汽输送管道21将高温蒸汽输送至蒸汽流量计20并最终进入破碎搅拌轴8。蒸汽流量计20用于记录蒸汽的流量。

多功能破碎搅拌喷洒单元包括调速电机1，电机转速控制器2、联轴器、电机轴3、传动齿轮4、轴承5、支架6、密封圈7、破碎搅拌轴8、带球阀的三通管12；电机转速控制器2和调速电机1相连接，用于控制并记录电机轴承的转速；调速电机1通过联轴器与电机轴3连接，产生旋转动力；电机轴3通过传动齿轮4与破碎搅拌轴8连接，将动力传送给破碎搅拌轴，使其滚动，滚动过程中破碎搅拌轴上附着的锤式桨叶9对土壤加以破碎和搅拌；破碎搅拌轴8通过轴承5固定在支架6上；多个锤式桨叶9沿轴向依次排列并交错分布在破碎搅拌轴上的中间部位；锤式桨叶9呈T形，其尾端固定在破碎搅拌轴上，其外端向与破碎搅拌轴垂直或倾斜成一定角度的方向延伸出去；破碎搅拌轴上位于锤式桨叶的两侧各套有一个聚四氟乙烯密封圈7，与配套密闭搅拌容器单元密封连接，保证容器的密闭性；破碎搅拌轴8为碳钢材质并经过防腐处理，为可滚动的、一端开口一端封闭的空心管，其上的中间部位附着有多个锤式桨叶9及多个圆形喷洒孔10，滚动过程中该结构能够对土壤加以破碎和搅拌，同时破碎搅拌轴上开有多个喷洒孔，能够实现搅拌过程中过硫酸盐溶液、蒸汽的均匀加入；破碎搅拌轴一端封闭，另一端与带球阀的三通管12连接，三通管固定在支架6上，不转动，该三通管另两端分别与液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元连接，为过硫酸盐溶液、蒸汽进入破碎搅拌轴提供了通道。破碎搅拌轴8和三通管12之间有聚四氟乙烯密封圈11，在破碎搅拌轴8转动过程中保证过硫酸盐溶液、蒸汽等不会发生渗漏。

配套密闭搅拌容器单元为经过防腐处理的碳钢材质，包括分体容器和可升降底座30；分体容器由活动连接的上下两个组件即分体容器上组件22和分体容器下组件23组成，在分体容器上组件、下组件连接线24处，分体容器上下两个组件之间通过法兰26和螺栓27连接；分体容器下部为横放的圆柱形，即分体容器下部为一横放的近圆柱体，上部为一横放的长方体；分体容器下组件23的形状为半圆柱体；在分体容器的左右两侧壁上设有以分体容器上组件、下组件连接线24为中心线、与破碎搅拌轴8及其上的密封圈7适配的开口25（开口大小相当于密封圈7外径大小）；破碎搅拌轴8的中间部位及其上的锤式桨叶9位于分体容器内部，破碎搅拌轴8两端从分体容器两侧壁上的开口25穿出，并通过套在破碎搅拌轴上的密封圈7与分体容器密封连接；分体容器下组件23下端设有支撑柱28和底板29，并通过支撑柱与下面的水平底板29连接，防止容器倾倒；底板29下面与可升降底座30活动连接，通过调节可升降底座的高度保证分体容器与聚四氟乙烯密封圈7紧密连接。多功能破碎搅拌喷洒单元和配套密闭搅拌容器单元的紧密连接能够防止实验过程中土壤的外溢和灰尘的产生。

所述的防腐蠕动泵15用于调节过硫酸盐溶液的流量，可选用标准型蠕动泵，流量范围为0.03～500mL/min（本实施例选用BT50b型蠕动泵，常州普瑞流体技术有限公司生产）。

所述的蒸汽发生器19用于产生蒸汽，功率范围为2.5～9kw（本实施例选用HX-7.5D-0.5型电加热蒸汽发生器，上海华征特种锅炉制造有限公司）。

所述的调速电机1的功率为180w～3700w（本实施例选用欧邦CH750-3SZ电机，欧邦电机北京总公司生产）。

所述的破碎搅拌轴8直径为4cm，长度为30cm。

所述的分体容器高度为25cm，长度为20cm；下组件17的直径为14cm，上组件16的宽度为10cm。所述分体容器两侧壁上所设的与破碎搅拌轴及其上的密封圈适配的开口25的直径为7cm。

实施例2

一种利用实施例1所述过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置进行的，模拟一定过硫酸盐添加量条件下蒸汽注入量对土壤温度和土壤氧化还原电位的影响，模拟试验方法如下：

（1）称取4g过硫酸钠，溶解于去离子水中形成40ml溶液，放入溶液存储池16中；

（2）向蒸汽发生器19中输入去离子水，打开电源开关，以制备热蒸汽；

（3）称取200g过20目筛的多环芳烃污染土壤，放置于分体容器下组件23中，并将之置于可升降底座30上；调整可升降底座30的高度直至分体容器下组件上的开口25与破碎搅拌轴上的密封圈7紧密连接；将分体容器上组件22放置于分体容器下组件23上，通过法兰26和螺栓27连接；

（4）打开调速电机1的开关，通过电机转速控制器2调整转速为120r/min，通过破碎搅拌轴8上的锤式桨叶9实现土壤的破碎及混合；

（5）运行2min后，打开三通管12上与液体药剂输送单元连接的阀门13，打开防腐蠕动泵15和液体流量计14的电源，并将过硫酸钠溶液流量调整为20ml/min，将过硫酸钠溶液泵入破碎搅拌轴8，通过破碎搅拌轴8上的喷洒孔10实现过硫酸钠溶液的喷洒。过硫酸钠溶液喷洒完毕后，关闭阀门13，关闭防腐蠕动泵15和液体流量计14的电源；

（6）打开三通管12上与蒸汽发生输送单元连接的阀门18，打开蒸汽流量计20的电源，蒸汽流量调整为10L/min，将热蒸汽输入破碎搅拌轴8，通过破碎搅拌轴8上的喷洒孔10实现热蒸汽的注入。热蒸汽注入3min后，关闭阀门18，关闭蒸汽发生器19和蒸汽流量计20的电源；

（7）通过电机转速控制器2调整转速为0r/min，关闭调速电机1的开关，旋开螺栓27，使分体容器上组件22和分体容器下组件23分离，下调可升降底座30的高度直至开口25与密封圈7脱离；

（8）在分体容器下组件23的中间部位快速测定土壤温度和土壤氧化还原电位；

（9）将步骤（6）中热蒸汽注入时间分别设定为5min，7min，9min，11min、15min、20min和30min，按照（1）至（8）的步骤依次进行；

（10）分析不同蒸汽注入量与土壤温度、土壤氧化还原电位之间的相关关系。

实施例3

一种利用实施例1所述过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置进行的，模拟一定蒸汽注入量条件下过硫酸盐添加量对土壤pH、土壤氧化还原电位和多环芳烃降解效率的影响，模拟试验方法与实施例2基本相同，不同之处在于：

（1）称取2g过硫酸钠，溶解于去离子水中形成40ml溶液，放入溶液存储池16中；

按照同实施例2中（2）至（5）的步骤依次进行；

（6）打开三通管12上与蒸汽发生输送单元连接的阀门18，打开蒸汽流量计20的电源，蒸汽流量调整为10L/min，将热蒸汽输入破碎搅拌轴8，通过破碎搅拌轴8上的喷洒孔10实现热蒸汽的注入。热蒸汽注入15min后，关闭阀门18，关闭蒸汽发生器19和蒸汽流量计20的电源；

（7）通过电机转速控制器2调整转速为0r/min，关闭调速电机1的开关，旋开螺栓27，使分体容器上组件22和分体容器下组件23分离，下调可升降底座30的高度直至开口25与密封圈7脱离；

（8）在分体容器下组件23的中间部位快速测定土壤氧化还原电位；在分体容器下组件23的不同部位采集三个土壤样品并形成一个混合样，取少部分进行土壤pH值测定，其余样品放入密封广口瓶中养护7天，分析其中多环芳烃的浓度；

（9）将步骤（1）中过硫酸钠的量分别设定为4g、6g、8g和10g，溶液体积均为40ml，按照（2）至（8）的步骤依次进行；

（10）分析不同过硫酸盐添加量对土壤pH、土壤氧化还原电位和多环芳烃降解效率的影响，研究它们之间的相关关系。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，它包括液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元、多功能破碎搅拌喷洒单元及其配套密闭搅拌容器单元，其中

液体药剂输送单元包括溶液存储池、防腐蠕动泵、液体流量计和液体输送管道；防腐蠕动泵入口与溶液存储池连接，出口通过液体输送管道与多功能破碎搅拌喷洒单元连接；防腐蠕动泵出口设有液体流量计；

蒸汽发生输送单元包括蒸汽发生器、蒸汽流量计和蒸汽输送管道；蒸汽发生器出口设有蒸汽流量计，并通过蒸汽输送管道与多功能破碎搅拌喷洒单元连接；

多功能破碎搅拌喷洒单元包括调速电机、电机转速控制器、联轴器、电机轴、传动机构、轴承、支架、破碎搅拌轴、三通管及配套阀门；电机转速控制器和调速电机相连接；调速电机通过联轴器与电机轴连接；电机轴通过传动机构与破碎搅拌轴连接；所述传动机构为传动齿轮或传动链条；破碎搅拌轴通过轴承固定在支架上；多个锤式桨叶沿轴向依次排列并交错分布在破碎搅拌轴上的中间部位；锤式桨叶呈T形，其尾端固定在破碎搅拌轴上，其外端向与破碎搅拌轴垂直或倾斜成一定角度的方向延伸出去；破碎搅拌轴上位于锤式桨叶的两侧各套有一个密封圈，与配套密闭搅拌容器单元密封连接；破碎搅拌轴为一空心管，其上的中间部位设有多个喷洒孔；破碎搅拌轴一端封闭，另一端与带有配套阀门的三通管连接；三通管固定在支架上，该三通管另两端分别与液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元连接；破碎搅拌轴和三通管之间设有密封圈；

配套密闭搅拌容器单元包括分体容器和可升降底座；分体容器由活动连接的上下两个组件组成；在分体容器的左右两侧壁上设有以上下两组件之间的连接线为中心线、与破碎搅拌轴及其上的密封圈适配的开口；破碎搅拌轴的中间部位及其上的锤式桨叶位于分体容器内部，破碎搅拌轴两端从分体容器两侧壁上的开口穿出，并通过套在破碎搅拌轴上的密封圈与分体容器密封连接；分体容器下组件下端与可升降底座之间固定或活动连接。

2.如权利要求1所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，分体容器下部为横放的圆柱形；分体容器下组件的形状为半圆柱体。

3.如权利要求1或2所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，所述分体容器上下两个组件之间通过法兰和螺栓连接。

4.如权利要求3所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，所述分体容器上下两个组件之间铺垫有硅胶垫圈。

5.如权利要求4所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，所述分体容器下组件下端通过支撑柱与下面的水平底板连接，底板下面与可升降底座连接。

6.如权利要求5所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，所述破碎搅拌轴为经过防腐处理的碳钢材质；所述配套密闭搅拌容器单元为经过防腐处理的碳钢材质；所述密封圈的材质为聚四氟乙烯。

7.如权利要求4所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，所述破碎搅拌轴为经过防腐处理的碳钢材质；所述配套密闭搅拌容器单元为经过防腐处理的碳钢材质。

8.如权利要求7所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，所述密封圈的材质为聚四氟乙烯。

9.一种利用如权利要求1-8任一所述的模拟试验装置进行的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验方法，其特征在于，按如下步骤进行：

（一）、过硫酸盐溶液的配制：根据拟研究的处理后的土壤含水量和过硫酸盐添加量来配制过硫酸盐溶液，并存放于溶液存储池；

（二）、热蒸汽的制备：将去离子水输入蒸汽发生器内，接通蒸汽发生器电源开关，电热管开始加热并制备热蒸汽；

（三）、土壤的加入：称取一定数量的供试土壤，放置于分体容器下组件中；调整可升降底座的高度直至分体容器下组件上的开口与破碎搅拌轴上的密封圈紧密连接；将硅胶垫圈铺垫在分体容器下组件上，将分体容器上组件放置于硅胶垫圈上，通过法兰和螺栓将上组件和下组件连接；

（四）、初步破碎搅拌：打开调速电机的开关，通过电机转速控制器调整转速，通过破碎搅拌轴上的锤式桨叶实现土壤的破碎及混合；

（五）、过硫酸盐溶液的喷洒：打开三通管上与液体药剂输送单元连接的阀门，打开防腐蠕动泵和液体流量计的电源，根据药剂溶液的添加量选择适宜的流量，将药剂溶液泵入破碎搅拌轴，通过破碎搅拌轴上的喷洒孔实现药剂溶液的喷洒；过硫酸盐溶液喷洒完毕后，关闭三通管上与液体药剂输送单元连接的阀门，关闭防腐蠕动泵和液体流量计的电源；

（六）、热蒸汽的注入：打开三通管上与蒸汽发生输送单元连接的阀门，打开蒸汽流量计的电源，根据蒸汽注入量选择适宜的流量，将热蒸汽输入破碎搅拌轴，通过破碎搅拌轴上的喷洒孔实现热蒸汽的注入；热蒸汽注入完毕后，关闭三通管上与蒸汽发生输送单元连接的阀门，关闭蒸汽发生器和蒸汽流量计的电源；

（七）、多功能破碎搅拌喷洒单元与配套密闭搅拌容器单元的脱离：通过电机转速控制器调整转速为零，关闭调速电机的开关，旋开法兰上的螺栓，使分体容器上组件和下组件分离，下调可升降底座的高度直至分体容器下组件上的开口与破碎搅拌轴上的密封圈脱离；

（八）、土壤性质分析及样品采集：在分体容器下组件中进行土壤性质快速测定和土壤样品的采集，并根据需要对采集的土壤样品进行污染物含量分析等测试；

（九）、数据分析：利用上述数据，将不同处理加以比较，探讨过硫酸盐高级氧化异位修复有机污染土壤过程中的主要影响因素，获得修复技术工艺参数。

Images