CN106040739A - 一种修复三价砷污染场地的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复三价砷污染场地的装置及方法，该装置包括数字示波器、直流电源、储能电容、第一旋转火花隙、第二旋转火花隙、成型电容、气体入口、高压放电电极、土壤层、接地电极、气体出口、电流探头和电压探头，所述直流电源、储能电容、成型电容、第一旋转火花隙和第二旋转火花隙共同构成脉冲放电发生器，高压放电电极固定在有机玻璃板上并用金属线相连，高压放电电极与脉冲放电发生器的高压端连接，土壤层覆盖在高压放电电极上，不锈钢金属片与地线相连。本发明在常温常压下进行，处理效果好，工艺流程简单，操作方便。

Description

一种修复三价砷污染场地的装置及方法

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及一种修复三价砷污染场地的装置及方法，具体地说，涉及一种放电等离子体氧化修复三价砷污染场地的装置及方法。

背景技术

随着工业生产的快速发展以及现代城市化进程的加快，近年来，我国出现了大量搬迁或即将关闭停产的化工企业。这些化工企业在日常生产运营中，由于废物处理、药品泄漏、废水排放等原因，已经造成了严重的场地土壤重金属污染。在城市化进程中，这些污染场地面临快速的商业化利用和民用，而土地资源紧缺和土地商业价值却不断上升，因此，快速高效的修复方法已成为当前污染场地修复的迫切需求。

在化工企业日常运营中，含砷废水、废气和废渣的排放，使得大量砷化合物不断进入周边场地土壤。作为一种变价元素，砷在自然界最主要以+3和+5价存在，而三价砷的危害最大。短时间暴露在高浓度砷的环境下会导致呕吐、腹泻、神经系统损伤，甚至死亡。慢性砷暴露有可能导致人体患皮肤病、神经损伤、高血压、膀胱癌、肺癌和皮肤癌等。因此，从降低污染，改善人居环境安全角度，三价砷污染场地的修复十分必要。

目前，对于土壤中三价砷的去除，一般采用稳定化、土壤淋洗、固定化以及生物法等。传统物理化学方法对环境破坏性大，需要向土壤中投加大量的试剂，易产生二次污染。生物方法依靠生物的活动使土壤中三价砷转化为低毒物质；但是生物修复方法受土壤条件、地域环境影响较大，治理耗时长。以高级氧化技术为基础的修复手段是污染场地修复的必然趋势。

作为一种高级氧化技术，放电等离子体因其装置简单、操作便利、污染物去除高效快速、使用能源清洁等优点备受环保工作者的青睐。采用放电等离子体技术修复重金属污染场地的报道较少，而对于场地土壤中三价砷污染的治理更是鲜有报道。放电等离子体会产生大量强氧化性的活性粒子如·OH、·O、O₃等，与三价砷能够发生氧化还原反应，实现场地土壤中三价砷的氧化去除。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种修复三价砷污染场地的装置及方法，是将污染土壤放置于放电等离子体反应器中，在高压放电电极与接地电极之间施加高压，并通入载气(如空气、氧气或水蒸气等)，产生放电等离子体，生成氧化性强的·OH、·O、O₃等活性粒子；这些活性粒子在土壤层扩散和传播的过程中，与土壤中三价砷发生化学反应，将其转化为低毒的砷化物，达到场地土壤修复的目的。

其具体技术方案为：

一种修复三价砷污染场地的装置，包括数字示波器1、直流电源2、储能电容3、第一旋转火花隙4、第二旋转火花隙6、成型电容5、气体入口7、高压放电电极8、土壤层9、接地电极10、气体出口11、电流探头12和电压探头13，所述直流电源2、储能电容3、成型电容5、第一旋转火花隙4和第二旋转火花隙6共同构成脉冲放电发生器，高压放电电极8固定在有机玻璃板上并用金属线相连，高压放电电极8与脉冲放电发生器的高压端连接，土壤层9覆盖在高压放电电极8上，不锈钢金属片10与地线相连，载气从气体入口7进入并从高压放电电极8注入放电等离子体区，穿过土壤层9后从出气口11排出；采用电流探头12和电压探头13检测放电过程中电流和电压信号。

进一步，所述高压放电电极8采用曲率半径较小的医用注射针，接地电极7采用致密金属网或金属板，构成针群-板式电极结构。

进一步，所述医用注射针相邻针尖间距为15.0mm。

进一步，所述直流电源2采用正/负极性的脉冲高压电源。

进一步，所述载气的进入方式采用沿放电等离子体发生器轴向。

进一步，所述的载气为空气、氧气或水蒸气等含氧气体。

一种修复三价砷污染场地的方法，将污染土壤放置于放电等离子体反应器并覆盖在高压放电电极上，通入载气，在高压放电电极与接地电极之间施加高压，产生放电等离子体，利用放电等离子体产生的强氧化性的活性粒子氧化场地土壤中的三价砷，实现三价砷的高效转化。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明装置结构简单，处理方法实施方便，污染土壤在放电等离子体反应器中停留时间短，处理速度快，适用于三价砷污染场地的快速修复。本发明的技术方案在常温常压下进行，处理效果好，工艺流程简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明修复三价砷污染场地的装置的结构示意图；

图2为图1中高压放电电极的分布示意图，其中：

1-数字示波器；2-直流电源；3-储能电容；4-旋转火花隙；5-成型电容；6-旋转火花隙；7-气体入口；8-高压放电电极；9-土壤层；10-接地电极；11-气体出口；12-电流探头；13-电压探头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例中采用图1所示的修复三价砷污染场地的装置，包括数字示波器1、直流电源2、储能电容3、旋转火花隙4和6、成型电容5、气体入口7、高压放电电极8、土壤层9、接地电极10、气体出口11、电流探头12和电压探头13组成的放电等离子体修复三价砷污染场地的实验系统。直流电源2、储能电容3、成型电容5、旋转火花隙4和6共同构成脉冲放电发生器。医用注射针群构成的高压放电电极8固定在有机玻璃板上并用金属线相连，其在有机玻璃板上的分布如图2所示，高压放电电极8与脉冲放电发生器的高压端连接，土壤层9覆盖在高压放电电极8上，不锈钢金属片10与地线相连。当脉冲放电发生器给高压放电电极8和接地电极10供电时，载气从气体入口7进入并从医用注射针的针孔注入放电等离子体区，放电产生的活性粒子(·OH、·O、O₃等)进入土壤层9与土壤中的三价砷发生反应，使其转化，尾气穿过土壤层9后从出气口11排出。分别采用电流探头12和电压探头13检测放电过程中电流和电压信号。

实施例中土壤经过风干、磨碎、通过20目标准筛、有机溶剂(丙酮、正己烷)洗涤等预处理。向预处理后的土壤中加入已知浓度的亚砷酸钠溶液，搅拌均匀，真空干燥后得到三价砷污染土壤。具体实验条件及实验结果如下：

高压放电电极8采用13根12^#医用注射针组成，相邻针尖间距15.0mm，针尖距接地电极16.0mm，20.0g浓度为100mg/kg的三价砷污染土样覆盖在高压放电电极8上，土样含水率10％，载气流量2.0L/min，脉冲峰值电压16.0kV，脉冲重复频率50Hz，成型电容500pF，储能电容1μF。以空气为载气，放电处理30min后，土样中三价砷氧化率达到90.8％；以氧气为载气，放电处理15min后，土样中三价砷氧化率达到96.1％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种修复三价砷污染场地的装置，其特征在于，包括数字示波器(1)、直流电源(2)、储能电容(3)、第一旋转火花隙(4)、第二旋转火花隙(6)、成型电容(5)、气体入口(7)、高压放电电极(8)、土壤层(9)、接地电极(10)、气体出口(11)、电流探头(12)和电压探头(13)，所述直流电源(2)、储能电容(3)、成型电容(5)、第一旋转火花隙(4)和第二旋转火花隙(6)共同构成脉冲放电发生器，高压放电电极(8)固定在有机玻璃板上并用金属线相连，高压放电电极(8)与脉冲放电发生器的高压端连接，土壤层(9)覆盖在高压放电电极(8)上，不锈钢金属片(10)与地线相连，载气从气体入口(7)进入并从高压放电电极(8)注入放电等离子体区，穿过土壤层(9)后从出气口(11)排出；采用电流探头(12)和电压探头(13)检测放电过程中电流和电压信号。

2.根据权利要求1所述的修复三价砷污染场地的装置，其特征在于，所述高压放电电极(8)采用医用注射针，接地电极(7)采用致密金属网或金属板，构成针群-板式电极结构。

3.根据权利要求1所述的修复三价砷污染场地的装置，其特征在于，所述医用注射针相邻针尖间距为15.0mm。

4.根据权利要求1所述的修复三价砷污染场地的装置，其特征在于，所述直流电源(2)采用正/负极性的脉冲高压电源。

5.根据权利要求1所述的修复三价砷污染场地的装置，其特征在于，所述载气的进入方式采用沿放电等离子体发生器轴向。

6.根据权利要求1所述的修复三价砷污染场地的装置，其特征在于，所述的载气为空气、氧气或水蒸气。

7.一种修复三价砷污染场地的方法，其特征在于，将污染土壤放置于放电等离子体反应器并覆盖在高压放电电极上，通入载气，在高压放电电极与接地电极之间施加高压，产生放电等离子体，利用放电等离子体产生的强氧化性的活性粒子氧化场地土壤中的三价砷，实现三价砷的高效转化。