CN104368594A

CN104368594A - 一种衰减周期性土壤修复装置

Info

Publication number: CN104368594A
Application number: CN201410439307.1A
Authority: CN
Inventors: 何理; 李小萌; 王景艺; 卢宏玮
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2015-02-25

Abstract

本发明属于土壤修复设备技术领域，具体涉及一种衰减周期性修复装置，包括预喷淋系统、加药系统、修复控制系统和控制模块；所述的修复控制系统包括设置在地面以下的阳极电极、阴极电极和可渗透反应墙，所述的加药系统包括储药单元、地下施药单元和输药单元，所述的地下施药单元设置在阳极电极和阴极电极之间近阳极电极的位置，所述的输药单元可将储药单元中的药液输送到地下施药单元进而对土地施药；所述的预喷淋系统设置在地下施药单元和可渗透反应墙之间。本发明的衰减周期性土壤修复装置，可提高周期性土壤修复的修复效率，本发明装置灵活性强，可根据污染区域实际情况调整，从而进行彻底的修复。

Description

一种衰减周期性土壤修复装置

技术领域

本发明属于土壤修复设备技术领域，具体涉及一种衰减周期性修复装置。

背景技术

随着城市工业化的飞速发展，城市土壤及地下水工业和农业污染逐渐严重，土壤结构及生态环境遭到破坏，地下水水质恶化，这不仅导致农业发展受到影响，更对人类及生态环境带来巨大威胁，因此土壤修复是当前亟待解决的一项重要任务。土壤中的污染往往不是单一的一种污染物，而是多重污染并存的复合型污染，尤其是工业发展较为普遍的区域，重金属和有机物污染均广泛存在于土壤之中。

针对上述问题，目前已经开始了大量关于土壤修复等方面的研究，并取得了一定的进展。淋洗修复是非常普遍的化学修复技术，既可以原位修复，也可以异位修复，但有一些问题值得关注，第一，长期定量加药，使土壤中的淋洗剂浓度处于饱和状态，浪费了大量药剂，且并不能提高效率，甚至使土壤中滞留过多的淋洗剂，破坏土壤结构。第二，淋洗剂往往有专一性，因此需多种淋洗剂配合修复复合污染土壤；第三，在原位淋洗工作中，需要在污染带下游建立抽提井，将淋洗后的液体抽提出来并处理。抽提的工作给淋洗修复带来了巨大的不便，需动用一定的人力和成本，且抽提后的废液处理工作也是一项复杂的工程。因此需要更多的技术加强并简化淋洗的复杂和不便。

生物表面活性剂鼠李糖脂是一种阴离子表面活性剂，对难溶有机物溶解的促进主要是通过其胶束增溶作用。鼠李糖脂对六氯苯的MSR（摩尔增容比）值0.0005，与芘的MSR值为0.033，与萘、菲的MSR值分别为0.467、0.115。生物表面活性剂成本是普通表面活性剂的3~10倍，在原位土壤修复中大面积应用成本过高，因此需配合其他表面活性剂同时应用。天然螯合剂草酸可以通过鳌合反应将污染土壤中的重金属离子解吸出来，对重金属离子Cu，Zn，Ni，Cr等去除均有较高的水平。草酸比人工螯合剂环保且价格实惠，是针对重金属污染有效淋洗剂。

可渗透反应墙技术（Permeable reactive barrier, PRB）是一种新型的原位被动修复技术，具有可持续原位处理多种污染物、处理效果好、安装施工方便、性价比较高等优点。PRB技术是在地下安置活性材料墙体以拦截污染羽状体，使污染羽状体通过反应介质后，污染物能够转化为环境接受的另一种形式，从而降低土壤污染水平。一般PRB反应墙可分为连续墙式或隔水漏斗导水门式。PRB活性材料一般选择零价铁。零价铁有极强的还原作用，可被零价铁去除的重金属污染一般包括铬、铀、硒、钴、铜、汞、砷等，同时金属铁也可以通过生物降解反应去除硝酸根、硫酸根等无机阴离子。在有机物去除中，Fe0-PRB主要是还原性脱氯，即通过氧化还原反应将有毒的有机物（卤代烃）等降解为无毒害的物质。通常PRB技术会联合电动修复技术，在PRB两端施加微弱电场，可加快污染物离子迁移，提高修复效率。但PRB技术存在一定的局限性，一是不能针对性的对土壤进行修复，二是不能保证修复的彻底。因此需配合其他技术加强修复。

由上述内容可见，目前的土壤修复技术中均存在一定的不足，并且缺少适用于土壤修复的专用设备，在土壤修复领域存在投入较大、效率较低的问题。

发明内容

1.发明所要解决的技术问题

本发明的目的在提供一种衰减周期性土壤修复装置，以解决上述土壤修复中缺少专用设备，修复效率较低的问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的衰减周期性土壤修复装置，包括预喷淋系统、加药系统、修复控制系统和控制模块；

所述的修复控制系统包括设置在地面以下的阳极电极、阴极电极和可渗透反应墙，所述的可渗透反应墙设置在阳极电极和阴极电极之间近阴极电极的位置；

所述的加药系统包括储药单元、地下施药单元和输药单元，所述的地下施药单元设置在阳极电极和阴极电极之间近阳极电极的位置，所述的输药单元可将储药单元中的药液输送到地下施药单元进而对土地施药；

所述的预喷淋系统设置在地下施药单元和可渗透反应墙之间。

上述的衰减周期性土壤修复装置中，更进一步，所述的地下施药单元包括垂直设置在地下的加药井，所述的加药井侧壁设置有喷淋孔，加药井内还设置有空气压力管，空气压力管底部设置有气孔，高压空气输送管伸入空气压力管内，所述的加药井上还设置有井盖。

上述的衰减周期性土壤修复装置中，更进一步，所述的输药单元包括药液输送单元和空气输送单元，药液输送单元包括蠕动泵和阀门，所述的储药单元通过蠕动泵和阀门连通至加药井；所述的空气输送单元包括空气压力控制器、鼓风机和阀门，鼓风机通过阀门连通至高压空气输送管。

上述的衰减周期性土壤修复装置中，更进一步，所述的预喷淋系统包括储水槽、加压泵和喷淋管网。

上述的衰减周期性土壤修复装置中，更进一步，所述的可渗透反应墙为圆弧形，可渗透反应墙的下端面设置在加药井最大深度以下3~5米位置。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）本发明的衰减周期性土壤修复装置，可提高周期性土壤修复的修复效率，由于加药量达到一定程度后，土壤中的污染物与药品反应达到饱和状态，药品过多加入，会带来土壤二次污染，并大大浪费了淋洗药品；而实时监测污染浓度以调整加药量会带来大量的人力工作。因此衰减周期的处理，可充分利用修复药品，增加药品利用率，与土壤中污染物充分作用，提高修复效率。装置各项操作紧密相连，可靠稳定，且易操作。

（2）半椭圆形可渗透反应墙代替抽提井，充分体现了吸收和拦截药品反应物及剩余污染物的功能，不需要将反应物抽出处理，减少了一大部分设施及后期处理程序；且半椭圆形设计相比于传统的连续墙更加有效阻拦污染羽状体，在同样污染面积下，比导水门式反应墙更加节省材料并提高了修复效率。

（3）本发明装置灵活性强，可根据污染区域实际情况调整，若污染浓度过高，可进行多周期循环运行；若污染带过长，可串联多组进行，形成“PRB反应墙联合重金属喷淋-电动修复-PRB反应墙联合有机物修复喷淋-电动修复”的串联组合装置，从而进行彻底的修复。

附图说明

图1为本发明衰减周期性土壤修复装置示意图。

示意图中的标号说明：1-1-阳极室、1-2-阴极室、2-1-阳极电极、2-2-阴极电极、3-电源、4-可渗透反应墙、5-加药井、6-喷淋孔、7-气孔、8-高压空气输送管、9-空气压力管、10-井盖、11-1-第四阀门、11-2-第三阀门、12-鼓风机、13-第三单通道蠕动泵、14-自动定时装置、15-空气压力控制器、16-控制装置、17-第一阀门、18-第二阀门、19-第一单通道蠕动泵、20-第二单通道蠕动泵、21-储水槽、22-重金属修复淋洗储液罐、23-有机物修复淋洗储液罐、24-加压泵、25-药品流动方向、26-喷淋管网、27-污染区域。

图2为半椭圆可渗透反应墙示意图。

图3为衰减周期性示意图。

图4为某污染场地PCB修复效果对比。

图5为某污染场地重金属修复效果对比。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例和附图对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明提供的衰减周期性土壤修复装置，包括预喷淋系统、加药系统、修复控制系统和控制模块；

所述的修复控制系统具体为：设置在地面以下的阳极电极2-1、阴极电极2-2和可渗透反应墙4，所述的可渗透反应墙4设置在阳极电极2-1和阴极电极2-2之间近阴极电极2-2的位置；阳极电极2-1设置在阳极室1-1内，阴极电极2-2设置在阴极室1-2内，阳极电极2-1、阴极电极2-2分别连接至电源3的两极，电源3连接至控制装置16；所述的阳极电极2-1、阴极电极2-2设置在待修复土壤区域的两端并能够在待修复土壤区域形成微弱电场。

所述的加药系统包括储药单元、地下施药单元和输药单元，所述的地下施药单元设置在阳极电极和阴极电极之间近阳极电极的位置，所述的输药单元可将储药单元中的药液输送到地下施药单元进而对土地施药，具体结构如图1所示：储药单元包括重金属修复淋洗储液罐22和有机物修复淋洗储液罐23，其中分别存有相应的淋洗液；地下施药单元包括垂直设置在地下的加药井5，所述的加药井5侧壁设置有喷淋孔6，加药井5内还设置有空气压力管9，空气压力管9底部设置有气孔7，高压空气输送管8伸入空气压力管9内，所述的加药井5上还设置有井盖10。

输药单元包括药液输送单元和空气输送单元，药液输送单元包括第一单通道蠕动泵19、第二单通道蠕动泵20、第三阀门11-2、第二阀门18、自动定时装置14、第三单通道蠕动泵13和第三阀门11-2，重金属修复淋洗储液罐22通过第一单通道蠕动泵19、第一阀门17连通至自动定时装置14，有机物修复淋洗储液罐23通过第二单通道蠕动泵20、第二阀门18连通至自动定时装置14，自动定时装置14再通过第三单通道蠕动泵13和第三阀门11-2连通至加药井5；空气输送单元包括空气压力控制器15、鼓风机12和第四阀门11-1，鼓风机通过第四阀门11-1连通至高压空气输送管8，空气压力控制器15通过鼓风机12对输出的空气压力进行控制。

预喷淋系统设置在地下施药单元和可渗透反应墙之间，具体包括储水槽21、加压泵24、第五阀门11-3和喷淋管网26，储水槽21通过加压泵24和第五阀门11-3与喷淋管网26连通，并能够将储水槽21中的水输送并进行喷淋。

上述的控制模块具体为图1中的控制装置16，控制装置16分别连接第四阀门11-1、第三阀门11-2、电源3和储水槽21，从而对整个系统进行控制。

具体布置时，阳极室1-1和加药井5布置在地下水上游方向，可渗透反应墙4和阴极室1-2布置在下游方向，便于淋洗液自然流动经过可渗透反应墙4，并且能最大限度的发挥反应墙圆弧形的处理效果。

实施例2

作为更进一步的实施例，上述的衰减周期性土壤修复装置中，所述的可渗透反应墙4为圆弧形，圆弧形的圆心方向朝向阳极电极2-1，可渗透反应墙4的设计深度根据地下水水力梯度不同决定，一般要求可渗透反应墙4的下端面设置在加药井5最大深度以下3~5米位置，可渗透反应墙4的活性材料为0价铁（Fe⁰）。

实施例3

本发明的装置，其衰减周期性分为两大周期循环系统，分别为“交替加药系统的周期循环”与“电动修复的周期循环”，两大周期循环系统穿插进行，具体使用方法如下：

步骤1、开启预喷淋系统，对待处理土壤区域进行淋洗，打开第五阀门11-3，加压泵24将储水槽21中的淋洗液输送到喷淋管网26进行淋洗，淋洗液主要为水。淋洗时间10~12小时，淋洗速率0.05~0.10 m³/d，淋洗完毕后关闭第五阀门11-3。

步骤2、开启加药系统，打开第三阀门11-2和第一阀门17，第一单通道蠕动泵19开始工作，将重金属修复淋洗储液罐22中的重金属淋洗液（本实施例选用质量分数为5%的草酸溶液）输送至加药井5内，同时打开第四阀门11-1，鼓风机12开始工作，将高压空气经高压空气输送管输送至空气压力管内，从而带动加药井5内的重金属淋洗液从喷淋孔6中喷出。

步骤3、对待处理土壤区域进行重金属修复淋洗36~48小时后，关闭第一阀门17，重金属修复淋洗完毕。

步骤4、开始电动修复的周期循环，打开直流电源3，阳极室1-1及阴极室1-2通电开始运作。开启50小时后，关闭直流电源3，完成电动修复周期。

步骤5、打开第二阀门18，将有机物修复淋洗储液罐23中的有机物淋洗液（本实施例选用的是质量分数为1.5%的鼠李糖脂溶液）输送至加药井内，对待处理土壤区域进行有机物修复淋洗36~48小时后，关闭第二阀门18，有机物修复淋洗完毕。

步骤6、重复步骤4：开启电动修复，打开直流电源3，阳极室1-1及阴极室1-2通电开始运作。开启50小时后，关闭直流电源3，完成电动修复周期。

步骤7、以步骤1~6为一个修复周期，完成步骤1~6后即第一修复周期修复完毕，之后依次进行第二、第三、第四修复周期，第二、第三、第四修复周期中的淋洗时间分别降为第一修复周期中对应的淋洗时间的80%、50%、25%，电动修复时间分别降为第一修复周期中对应的电动修复时间的90%、80%、70%。

之所以采用上述的周期性修复，是因为加药量达到一定程度后，土壤中的污染物与药品反应达到饱和状态，药品过多加入，会导致土壤二次污染，并大大浪费了淋洗药品。而实时监测污染浓度以调整加药量会带来大量的人力工作。因此衰减周期的处理，可充分利用修复药品，增加药品利用率，与土壤中污染物充分作用，提高修复效率。

上述四个处理周期均处理完毕后，关闭所有系统，检测土样，处理后的土壤pH为6~9，土壤COD小于100mg/L，检测出土壤主要重金属与有机污染物浓度达到国家土壤质量标准GB15618-1995三类土壤标准。经修复后可修复重金属离子Cu²⁺、Cr²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺等可达90%~95%以上，修复有机物PAHs、多氯联苯等90%以上。针对工业污染、农业污染的土壤有较好的修复效果。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种衰减周期性土壤修复装置，其特征在于：包括预喷淋系统、加药系统、修复控制系统和控制模块；

2.根据权利要求1所述的衰减周期性土壤修复装置，其特征在于：所述的地下施药单元包括垂直设置在地下的加药井，所述的加药井侧壁设置有喷淋孔，加药井内还设置有空气压力管，空气压力管底部设置有气孔，高压空气输送管伸入空气压力管内，所述的加药井上还设置有井盖。

3.根据权利要求2所述的衰减周期性土壤修复装置，其特征在于：所述的输药单元包括药液输送单元和空气输送单元，药液输送单元包括蠕动泵和阀门，所述的储药单元通过蠕动泵和阀门连通至加药井；所述的空气输送单元包括空气压力控制器、鼓风机和阀门，鼓风机通过阀门连通至高压空气输送管。

4.根据权利要求1所述的衰减周期性土壤修复装置，其特征在于：所述的预喷淋系统包括储水槽、加压泵和喷淋管网。

5.根据权利要求1所述的衰减周期性土壤修复装置，其特征在于：所述的可渗透反应墙为圆弧形，可渗透反应墙的下端面设置在加药井最大深度以下3~5米位置。