CN107096794A - 一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，包括：一反应筒体，反应筒体内由下至上依次设置有导流层、混合层以及纳米磁性材料层，在反应筒体的下部位于导流层的下方开设有一导流口；一渗滤液收集槽，渗滤液收集槽的渗滤液进口与导流口连接；一回流泵，回流泵的进口与渗滤液收集槽的渗滤液出口连接；一布水器，布水器位于反应筒体的上方，布水器的进水口与回流泵的出口连接；一紫外线灯，紫外线灯位于反应筒体的上方；一酸性溶液添加机构，酸性溶液添加机构可将酸性溶液添加至纳米磁性材料层上；以及一酒精添加机构，酒精添加机构可将酒精溶液添加至混合层上。本发明处理周期短，处理成本低，处理效果好。

Description

一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法

技术领域

本发明涉及POPs污染土壤处理装置技术领域，尤其涉及一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法。

背景技术

POPs是持久性有机污染物（persistent organic pollutants）的简称，包括多环芳烃及多氯联苯等污染物。随着工农业的发展和城市化进程的扩大，大量土壤被POPs污染。目前POPs处理方法主要有热解析法及高级氧化法，热解析法成本高，且容易生成大气污染。高级氧化法加入了大量的化学药剂，容易污染土壤。目前微生物法越来越得到关注，申请号为CN201210304389.X介绍了一种利用酵母污泥修复POPs土壤的方法。该方法思路是利用污泥作为POPs降解菌的营养物质，促进POPs降解菌生长从而达到修复目的。该方法虽然生态，但是处理周期长，因为POPs本身难溶于水，不易被生物获取，同时土壤本身存在的降解菌也稀少，不过不通过外加微生物，很难降解。

为此，申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有的POPs污染土壤处理方法存在的问题而提供一种处理周期短、处理成本低、处理效果好的一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，包括：

一带底的反应筒体，所述反应筒体内由下至上依次设置有导流层、混合层以及纳米磁性材料层，所述混合层至少由POPs污染土壤、酒精以及沼渣混合而成，在所述反应筒体的下部位于所述导流层的下方开设有一导流口；

一渗滤液收集槽，所述渗滤液收集槽具有一渗滤液进口和一渗滤液出口，所述渗滤液收集槽的渗滤液进口通过一渗滤液导出管与所述反应筒体的导流口连接；

一回流泵，所述回流泵的进口通过一连接管与所述渗滤液收集槽的渗滤液出口连接；

一布水器，所述布水器位于所述反应筒体的上方，所述布水器的进水口通过一回流管与所述回流泵的出口连接；

一紫外线灯，所述紫外线灯位于所述反应筒体的上方并可对所述反应筒体内的纳米磁性材料层进行照射；

一酸性溶液添加机构，所述酸性溶液添加机构内存放有酸性溶液并可将所述酸性溶液根据需要添加至所述反应筒体内的纳米磁性材料层上；以及

一酒精添加机构，所述酒精添加机构内存放有酒精溶液并可将所述酒精溶液根据需要添加至所述反应筒体内的混合层上。

在本发明的一个优选实施例中，所述混合层中的POPs污染土壤、酒精以及沼渣之间的混合比例为1：0.1～0.5：0.1～0.5。

在本发明的一个优选实施例中，在所述纳米磁性材料层的表面上均匀喷洒一定量的纳米钛材料。

在本发明的一个优选实施例中，所述纳米钛材料为二氧化钛。

在本发明的一个优选实施例中，所述纳米钛材料的喷洒强度为每平米0g～1000g。

在本发明的一个优选实施例中，在所述渗滤液导出管上设置有一截止阀。

本发明的POPs污染土壤处理装置的工作过程如下：

先在反应筒体的底部内放置导流层，用于渗滤液导出；随后将酒精与POPs污染土壤以一定比例进行混合，反应0.1～20h后，使得土壤中的POPs充分溶解至酒精中，随后添加沼渣，将沼渣、酒精与POPs污染土壤的混合物添加至反应筒体内，形成混合层；在反应筒体内的混合层上部铺设一层纳米磁性材料层，并在纳米磁性材料层的表面喷洒一定量的纳米钛材料。

运行期间，每隔1h～200h将混合层的渗滤液通过渗滤液导出管输送至渗滤液收集槽，随后通过回流泵将渗滤液输送至布水器中，布水器将渗滤液喷洒至纳米磁性材料层的表面上，渗滤液中被溶出且未反应的POPs及其它有机大分子被纳米磁性材料层吸附截留，部分被紫外灯及纳米钛材料协同产生的光解作用下降解；随后通过酸性溶液添加机构导入酸性溶液，酸性溶液将部分纳米磁性材料中的Fe溶出，协同纳米钛光催化产生的羟基自由基产生芬顿效应，将有机污染物降解，渗滤液重新回到混合层。酒精添加机构每隔1-20天往混合层中添加酒精，不断对POPs进行淋洗，使其进入渗滤液，一方面便于微生物摄取，另一方面便于回流被光解处置。

由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：

1、本发明的POPs污染土壤处理装置通过高级氧化技术及微生物的协同作用，迅速处置土壤中含有的有机POPs，处理周期短，处理成本低，处理效果好。

2、酒精既能起到快速溶出土壤中有机POPs的作用，便于沼渣微生物利用且使POPs进入渗滤液，便于后续利用，同时也成为了沼渣的碳源，一举两得。

3、纳米磁性材料起到了吸附渗滤液中有机大分子的作用，同时可以在酸性条件下，与纳米钛所产生的羟基自由基作用下产生芬顿效应，一举两得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，图中给出的是一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，包括反应筒体100、渗滤液收集槽200、回流泵300、布水器400、紫外线灯500、酸性溶液添加机构600以及酒精添加机构700。

反应筒体100为一带底筒体，即其底部封闭，顶部敞开。反应筒体100内由下至上依次设置有导流层110、混合层120以及纳米磁性材料层130。在反应筒体100的下部位于导流层110的下方开设有一导流口101。

混合层120至少由POPs污染土壤、酒精以及沼渣混合而成，混合层120中的POPs污染土壤、酒精以及沼渣之间的混合比例为1：0.1～0.5：0.1～0.5。在纳米磁性材料层130的表面上均匀喷洒一定量的纳米钛材料，纳米钛材料为二氧化钛，纳米钛材料的喷洒强度为每平米1g～1000g。

渗滤液收集槽200具有一渗滤液进口210和一渗滤液出口220，渗滤液收集槽200的渗滤液进口210通过一渗滤液导出管810与反应筒体100的导流口101连接。在渗滤液导出管810上设置有一截止阀811。

回流泵300的进口通过一连接管820与渗滤液收集槽200的渗滤液出口220连接。布水器400位于反应筒体100的上方，布水器400的进水口410通过一回流管830与回流泵300的出口连接。紫外线灯500位于反应筒体100的上方并可对反应筒体100内的纳米磁性材料层130进行照射。酸性溶液添加机构600内存放有酸性溶液并可将酸性溶液根据需要添加至反应筒体100内的纳米磁性材料层130上。酒精添加机构700内存放有酒精溶液并可将酒精溶液根据需要添加至反应筒体100内的纳米磁性材料层130上。

实施例1

本实施例中的POPs污染土壤含量为3123mg/kg。

先在反应筒体100的底部内放置导流层110，用于渗滤液导出；随后将酒精与POPs污染土壤以0.4:1进行混合，反应2.5h后，使得土壤中的POPs充分溶解至酒精中，随后添加沼渣，将沼渣、酒精与POPs污染土壤的混合物添加至反应筒体内，混合比例为0.4:0.3:1，形成混合层120；在反应筒体内的混合层上部铺设一层纳米磁性材料层，并在纳米磁性材料层的表面喷洒一定量的纳米钛材料，喷洒强度为100g每平米。

运行期间，每隔10-20h将混合层120的渗滤液通过渗滤液导出管810输送至渗滤液收集槽200，随后通过回流泵300将渗滤液输送至布水器400中，布水器400将渗滤液喷洒至反应筒体100内的纳米磁性材料层130的表面上，渗滤液中被溶出且未反应的POPs及其它有机大分子被纳米磁性材料层130吸附截留，部分被紫外灯及纳米钛材料协同产生的光解作用下降解；随后通过酸性溶液添加机构600导入酸性溶液，酸性溶液将部分纳米磁性材料中的Fe溶出，协同光催化的羟基自由基产生芬顿效应，将有机污染物降解，渗滤液重新回到混合层。酒精添加机构700每隔1天的往混合层中添加酒精，不断对POPs进行淋洗，使其进入渗滤液，一方面便于微生物摄取，另一方面便于回流被光解处置。

经过39天处置后，土壤中的POPs含量低于1mg/kg。

本实施例POPs土壤为多氯联苯土壤。

实施例2

本实施例中的POPs污染土壤含量为1689mg/kg。

先在反应筒体100的底部内放置导流层110，用于渗滤液导出；随后将酒精与POPs污染土壤以0.2:1进行混合，反应1h后，使得土壤中的POPs充分溶解至酒精中，随后添加沼渣，将沼渣、酒精与POPs污染土壤的混合物添加至反应筒体内，混合比例为0.5:0.3:1，形成混合层120；在反应筒体内的混合层上部铺设一层纳米磁性材料层，并在纳米磁性材料层的表面喷洒一定量的纳米钛材料，喷洒强度为300g每平米。

运行期间，每隔12h将混合层120的渗滤液通过渗滤液导出管810输送至渗滤液收集槽200，随后通过回流泵300将渗滤液输送至布水器400中，布水器400将渗滤液喷洒至反应筒体100内的纳米磁性材料层130的表面上，渗滤液中被溶出且未反应的POPs及其它有机大分子被纳米磁性材料层130吸附截留，部分被紫外灯及纳米钛材料协同产生的光解作用下降解；随后通过酸性溶液添加机构600导入酸性溶液，酸性溶液将部分纳米磁性材料中的Fe溶出，协同协同光催化的羟基自由基产生芬顿效应，将有机污染物降解，渗滤液重新回到混合层。酒精添加机构700每隔3天的往混合层中添加酒精，不断对POPs进行淋洗，使其进入渗滤液，一方面便于微生物摄取，另一方面便于回流被光解处置。

经过29天处置后，土壤中的POPs含量低于1mg/kg。

本实施例POPs土壤为多氯联苯土壤。

实施例3

本实施例中的POPs污染土壤含量为429mg/kg。

先在反应筒体100的底部内放置导流层110，用于渗滤液导出；随后将酒精与POPs污染土壤以0.3:1进行混合，反应1h后，使得土壤中的POPs充分溶解至酒精中，随后添加沼渣，将沼渣、酒精与POPs污染土壤的混合物添加至反应筒体内，混合比例为0.6:0.4:1，形成混合层120；在反应筒体内的混合层上部铺设一层纳米磁性材料层，并在纳米磁性材料层的表面喷洒一定量的纳米钛材料，喷洒强度为300g每平米。

运行期间，每隔16h将混合层120的渗滤液通过渗滤液导出管810输送至渗滤液收集槽200，随后通过回流泵300将渗滤液输送至布水器400中，布水器400将渗滤液喷洒至反应筒体100内的纳米磁性材料层130的表面上，渗滤液中被溶出且未反应的POPs及其它有机大分子被纳米磁性材料层130吸附截留，部分被紫外灯及纳米钛材料协同产生的光解作用下降解；随后通过酸性溶液添加机构600导入酸性溶液，酸性溶液将部分纳米磁性材料中的Fe溶出，协同光催化的羟基自由基产生芬顿效应，将有机污染物降解，渗滤液重新回到混合层。酒精添加机构700每隔2天的往混合层中添加酒精，不断对POPs进行淋洗，使其进入渗滤液，一方面便于微生物摄取，另一方面便于回流被光解处置。

经过25天处置后，土壤中的POPs含量低于0.01mg/kg。

本实施例POPs土壤为多环芳烃土壤。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，其特征在于，包括：

一带底的反应筒体，所述反应筒体内由下至上依次设置有导流层、混合层以及纳米磁性材料层，所述混合层至少由POPs污染土壤、酒精以及沼渣混合而成，在所述反应筒体的下部位于所述导流层的下方开设有一导流口；

一渗滤液收集槽，所述渗滤液收集槽具有一渗滤液进口和一渗滤液出口，所述渗滤液收集槽的渗滤液进口通过一渗滤液导出管与所述反应筒体的导流口连接；

一回流泵，所述回流泵的进口通过一连接管与所述渗滤液收集槽的渗滤液出口连接；

一布水器，所述布水器位于所述反应筒体的上方，所述布水器的进水口通过一回流管与所述回流泵的出口连接；

一紫外线灯，所述紫外线灯位于所述反应筒体的上方并可对所述反应筒体内的纳米磁性材料层进行照射；

一酸性溶液添加机构，所述酸性溶液添加机构内存放有酸性溶液并可将所述酸性溶液根据需要添加至所述反应筒体内的纳米磁性材料层上；以及

一酒精添加机构，所述酒精添加机构内存放有酒精溶液并可将所述酒精溶液根据需要添加至所述反应筒体内的纳米磁性材料层上。

2.如权利要求1所述的一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，其特征在于，先在反应筒体的底部内放置导流层，用于渗滤液导出；随后将酒精与POPs污染土壤以一定比例进行混合，反应一定时间后，使得土壤中的POPs充分溶解至酒精中，随后添加沼渣，将沼渣、酒精与POPs污染土壤的混合物添加至反应筒体内，形成混合层；在反应筒体内的混合层上部铺设一层纳米磁性材料层，并在纳米磁性材料层的表面喷洒一定量的纳米钛材料；运行期间，不定期将混合层的渗滤液通过渗滤液导出管输送至渗滤液收集槽，随后通过回流泵将渗滤液输送至布水器中，布水器将渗滤液喷洒至纳米磁性材料层的表面上，渗滤液中被溶出且未反应的POPs及其它有机大分子被纳米磁性材料层吸附截留，部分被紫外灯及纳米钛材料协同产生的光解作用下降解；随后通过酸性溶液添加机构导入酸性溶液，酸性溶液将部分纳米磁性材料中的Fe溶出，协同纳米钛光催化产生的羟基自由基产生芬顿效应，将有机污染物降解，渗滤液重新回到混合层。

3.酒精添加机构通过不定期的往混合层中添加酒精，不断对POPs进行淋洗，使其进入渗滤液，一方面便于微生物摄取，另一方面便于回流被光解处置。

4.如权利要求1-2所述的一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，其特征在于，所述混合层中的POPs污染土壤、酒精以及沼渣之间的混合比例为1：0.1～0.5：0.1～0.5。

5.如权利要求1-3所述的一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，其特征在于，在所述纳米磁性材料层的表面上均匀喷洒一定量的纳米钛材料。

6.如权利要求1-4所述的一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，其特征在于，所述纳米钛材料为二氧化钛。

7.如权利要求1-5所述的一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，其特征在于，所述纳米钛材料的喷洒强度为每平米0g～1000g。

8.如权利要求1-6所述的一种利用纳米钛协同快速处置POPs污染土壤的装置与方法，其特征在于，在所述渗滤液导出管上设置有一截止阀。