CN104690085B - 一种被放射性核素Cs‑137污染的土壤的修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种被放射性核素Cs‑137污染的土壤的修复装置，包括土壤存放装置1、破碎筛2、泵3、物理淋洗反应器4、超声波装置5、多级分离过滤装置6、烘箱7、化学淋洗装置8、离子交换柱9、药剂槽10、脱水筛11；土壤存放装置1连接破碎筛2，破碎筛2连接物理淋洗反应器4，物理淋洗反应器4内置有超声波装置5，泵3将去离子水泵入物理淋洗反应器4内，物理淋洗反应器4与多级分离过滤装置6相连，通过多级分离过滤装置6后，小颗粒土壤则运到烘箱7，烘箱7与化学淋洗装置8相连，化学淋洗装置8内置有离子交换柱9，化学淋洗装置8与药剂槽10相连，化学淋洗装置8底部与脱水筛11相连。本发明设备简单、安全性好，运行成本低。

Description

一种被放射性核素Cs-137污染的土壤的修复装置

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种被放射性核素Cs-137污染的土壤的修复装置。

背景技术

在我国，由于核工业的发展和核技术在工业、农业、能源、军事、交通，医疗卫生等领域内的广泛应用，使放射性核素污染成为当今难以治理的重要环境问题之一。放射性核素进入土壤后，能在土壤中积累，将有害物质转移到植物（食作物、果树、蔬菜）体内，并通过食物链进入人体，从而危害到人类的身体健康。除了通过食物链对人类自身的健康产生严重的危害以外，也给人们清除这些核素造成困难，尤其是土壤中大面积存在，其清除工作更为困难。

放射性铯是重要的裂变核素，一般的放射性化学实验室均涉及到这种核素。环境中Cs-137进入人体后易被吸收，均匀分布于全身；由于Cs-137能释放射线，很容易在体外测出。进入体内的放射性铯主要滞留在全身软组织中，尤其是肌肉中，在骨和脂肪中浓度较低；较大量放射性铯摄入体内后可引起急、慢性损伤。由于铯源的半衰期较长及其性能易造成扩散的弱点，因此一旦污染了土壤，造成的后果十分严重。

到目前为止，对于放射性土壤修复方法较多，如铲土去污法，即移去表层土；深翻客土或者覆盖客土法，就是在污染土壤上面覆盖新的未受污染的土壤，重新建立生态系统；农业化学法，用钾盐来阻止核污染中的Cs-137的吸收；除此之外还有悬土移除法、植物修复法、膜剥离法、电化法、磁化法、沉淀法、土壤清洗、离子交换法、螯合剂浸取法、絮凝技术法、反渗透超滤法等多种方法，但这些方法都具有一些不足之处，有的是技术不太成熟；有的通常需要巨额的花费，成本太高；有的不太适用大面积低剂量的放射性核素污染处理，容易破坏污染土壤的结构和土质，造成二次污染；有的成本低，无污染，但存在去污效率低下等特点。

土壤中放射性核素的活度分布与土壤粒径成反比，物理去除效率与粒径成正比，但是效率有限。本发明采用的是水、超声波淋洗加上化学淋洗的技术。被Cs-137污染的土壤，经过合理的粒径分离后，采用去离子水和化学药剂的淋洗工艺去污，在较高的温度下和合适的时间，使去污效果达到最好。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种被放射性核素Cs-137污染的土壤的修复装置。该装置包括土壤存放装置1、破碎筛2、泵3、物理淋洗反应器4、超声波装置5、多级分离过滤装置6、烘箱7、化学淋洗装置8、离子交换柱9、药剂槽10、脱水筛11；其中土壤存放装置1连接破碎筛2，破碎筛2再连接物理淋洗反应器4，物理淋洗反应器4内置有超声波装置5，泵3将去离子水泵入物理淋洗反应器4内，物理淋洗反应器4与多级分离过滤装置6相连，通过多级分离过滤装置6后，大颗粒土壤被排到脱水筛11，剩下的小颗粒土壤则运到烘箱7，烘箱7又与化学淋洗装置8相连，化学淋洗装置8内置有离子交换柱9，化学淋洗装置8另一侧与药剂槽10相连，化学淋洗装置8底部与第二脱水筛相连。

破碎筛2的筛网孔隙为5-10mm。

超声波装置5的超声频率为20kHz ～ 100kHz，功率为100W ～ 2kW，超声时间为5min ～30min。

多级分离过滤装置6由0.3mm，50μm，9μm三层高目数滤网构成。

化学淋洗过程中离子交换柱9被保温层包裹，使反应的温度保持在90℃。

药剂槽10中的化学淋洗剂中KCl的质量浓度为10%-20%，FeCl₃的质量浓度为5%。

本发明中在物理淋洗阶段，采用去离子水和超声波相结合的技术，超声波用超声波所产生的机械效应使经过物理淋洗的大颗粒土壤分解成小颗粒的土壤颗粒。接着通过过滤使得大粒径的低放射性土壤颗粒与小粒径的土壤颗粒高放射性土壤颗粒分离，从而使下步的化学淋洗效率更高，不浪费药剂和能量。

在化学淋洗阶段采用的药剂是KCl和FeCl₃的复配药剂，利用了K⁺对于Cs⁺的吸附效果有强烈的抑制作用和Fe³⁺的羟基复合物对Cs⁺去除有非常好的促进效果。本步中不采用传统的有机萃取剂，减少了下一步的二次污染处理和减少了处理成本。

经过物理淋洗的去污系数Kd约为3，等同于去污百分比为66%。经过化学淋洗的去污系数Kd约为5，等同于去污百分比为80%。本方法总去污百分比为93%，大大高于传统方法的去污效率。

本发明设备简单、过程清洁，而且安全性好，经济成本较低，可应用于环境放射性防护与修复，同时也为科研人员研究土壤化学淋洗提供了高效便捷的实验手段。

附图说明

图1是本发明装置的示意图。

图中：1-土壤存放装置；2-破碎筛；3-泵；4-物理淋洗反应器；5-超声波装置；6-多级分离过滤装置；7-烘箱；8-化学淋洗装置；9-离子交换柱；10-药剂槽；11-脱水筛。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种被放射性核素Cs-137污染的土壤的修复装置,该装置包括土壤存放装置1、破碎筛2、泵3、物理淋洗反应器4、超声波装置5、多级分离过滤装置6、烘箱7、化学淋洗装置8、离子交换柱9、药剂槽10、脱水筛11；其中土壤存放装置1连接破碎筛2，破碎筛2的筛网孔隙为5-10mm，破碎筛2再连接物理淋洗反应器4，物理淋洗反应器4内置有超声波装置5，超声波装置5的超声频率为20kHz ～ 100kHz，功率为100W ～ 2kW，超声时间为5min～30min，泵3将去离子水泵入物理淋洗反应器4内，物理淋洗反应器4与多级分离过滤装置6相连，多级分离过滤装置6由0.3mm，50μm，9μm三层高目数滤网构成，通过多级分离过滤装置6后，大颗粒土壤被排到脱水筛11，剩下的小颗粒土壤则运到烘箱7，烘箱7又与化学淋洗装置8相连，化学淋洗装置8内置有离子交换柱9，化学淋洗过程中离子交换柱9被保温层包裹，使反应的温度保持在90℃，化学淋洗装置8另一侧与药剂槽10相连，药剂槽10中的化学淋洗剂中KCl的质量浓度为10%-20%，FeCl₃的质量浓度为5%，化学淋洗装置8底部与脱水筛11相连。

Claims (6)

1.一种被放射性核素Cs-137污染的土壤的修复装置,其特征在于，该装置包括土壤存放装置（1）、破碎筛（2）、泵（3）、物理淋洗反应器（4）、超声波装置（5）、多级分离过滤装置（6）、烘箱（7）、化学淋洗装置（8）、离子交换柱（9）、药剂槽（10）、脱水筛；其中土壤存放装置（1）连接破碎筛（2），破碎筛（2）再连接物理淋洗反应器（4），物理淋洗反应器（4）内置有超声波装置（5），泵（3）将去离子水泵入物理淋洗反应器（4）内，物理淋洗反应器（4）与多级分离过滤装置（6）相连，通过多级分离过滤装置（6）后，大颗粒土壤被排到脱水筛，剩下的小颗粒土壤则运到烘箱（7），烘箱（7）又与化学淋洗装置（8）相连，化学淋洗装置（8）内置有离子交换柱（9），化学淋洗装置（8）另一侧与药剂槽（10）相连，化学淋洗装置（8）底部与第二脱水筛相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，破碎筛（2）的筛网孔隙为5-10mm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，超声波装置（5）的超声频率为20kHz ～100kHz，功率为100W ～ 2kW，超声时间为5min ～30min。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多级分离过滤装置（6）由0.3mm，50μm，9μm三层高目数滤网构成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，化学淋洗过程中离子交换柱（9）被保温层包裹，使反应的温度保持在90℃。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，药剂槽（10）中的化学淋洗剂中KCl的质量浓度为10%-20%，FeCl₃的质量浓度为5%。