CN108637000B - 一种去除农田土壤中氧化乐果成分的土壤修复装置 - Google Patents

一种去除农田土壤中氧化乐果成分的土壤修复装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除农田土壤中氧化乐果成分的土壤修复装置。该装置包括原土料斗、鼓风分选机、振动筛分机、磁力筛分机、研磨粉碎机、三级微生物喷淋降解反应器、调节式喷淋塔、电热鼓风烘干机、修复土壤储仓。本装置创造性的利用了蜡样芽胞杆菌在有磷酸变位酶参与的条件下，通过微生物降解反应，使氧化乐果中的主要成分——O,O‑二甲基‑S‑[2‑(甲胺基)‑2‑氧代乙基]硫代磷酸酯分子中的C‑P键发生断裂，并在35~38℃的温度范围内逐步降解为CO2、N2和H2O等无害的简单化合物，经过微生物降解净化处理后的土壤，可重复应用于农业生产中。同时，本方法不使用也不产生任何有毒化学物质，基本杜绝了土壤修复过程对环境造成的次生危害。

Description

一种去除农田土壤中氧化乐果成分的土壤修复装置
技术领域
本发明涉及一种去除农田土壤中氧化乐果成分的土壤修复装置，属于环境保护中的土壤修复领域。
背景技术
有机磷农药是当今农药中的主要类别，因其对于防治农业虫害具有经济、高效、方便等特点，故在世界范围内被大量生产和广泛使用。有机磷农药在施用后会不断从施药区向四周扩散，进入土壤、水、空气和植物等系统，对水环境、土壤环境、大气环境、植被等造成严重污染。有机磷农药对生物体内胆碱酯酶有抑制作用，使其失去分解乙酰胆碱的能力，造成乙酰胆碱积累，引起神经功能紊乱，从而导致肌体的损害，如痉挛、瘫痪，严重者可导致死亡。
目前，在我国生产并使用的有机磷农药绝大多数为杀虫剂，如常用的对硫磷、内吸磷、马拉硫磷、氧化乐果、敌百虫及敌敌畏等。其中，尤以氧化乐果的生产和使用最为广泛，相应的，其对我国农田土壤和农业生态环境的危害也是不容忽视的。
氧化乐果又名氧乐果，化学名：O,O-二甲基-S-[2-(甲胺基)-2-氧代乙基硫代磷酸酯，纯品为无色透明油状液体，相对密度1.32，沸点约135℃，可与水、乙醇和烃类等多种溶剂混溶，微溶于乙醚，几乎不溶于石油醚。原油为浅黄至黄色透明油状液体，氧化乐果乳油为淡黄色油状液体。
氧化乐果是一种典型的有机磷农药，其具有广谱杀虫、内吸性强、杀虫活性高等特点。氧化乐果作为一种对人类及哺乳动物高毒性的有机磷农药，对人畜致死率高，也可造成农药残留，长期大面积使用会对环境造成严重的污染。
治理土壤氧化乐果农药污染的方法主要包括：化学法、物理法和生物法。其中物理法和化学法，如焚烧、电化学法等都普遍存在着处理成本高、易造成二次污染、去除效果差等缺点；而生物法则主要利用微生物对氧化乐果的特异性降解机理进行降解，该法处理效果明显，在降解残留氧化乐果过程中发挥着重要作用，成为目前治理残留氧化乐果污染的主要手段之一。土壤微生物主要通过两种作用降解氧化乐果：一是矿化作用，氧化乐果可以作为微生物的营养源而被微生物分解利用；二是共代谢作用。
目前，现有的氧化乐果微生物降解技术存在效率低、技术复杂、影响因素众多，成本高等不足。因此，有必要摆脱现有的技术思路，开辟出治理土壤中氧化乐果污染，实现土壤修复的新途径，进而开发一种全新形式的去除土壤中氧化乐果污染的土壤修复技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种去除农田土壤中氧化乐果成分的土壤修复装置，该装置包括原土料斗、鼓风分选机、振动筛分机、磁力筛分机、研磨粉碎机、三级微生物喷淋降解反应器、调节式喷淋塔、电热鼓风烘干机、修复土壤储仓等；其中，待修复的含有氧化乐果成分的农田土壤集中储存于原土料斗中，原土料斗中的待修复土壤通过螺旋提升输送机输送至鼓风分选机，鼓风分选机的出口通过传送带连接振动筛分机，振动筛分机的出口通过传送带连接磁力筛分机，磁力筛分机的出口通过传送带连接研磨粉碎机，研磨粉碎机的出口通过传送带连接三级微生物喷淋降解反应器，三级微生物喷淋降解反应器的出料口通过传送带连接调节式喷淋塔，调节式喷淋塔的出口通过传送带连接电热鼓风烘干机，电热鼓风烘干机的出口通过传送带连接修复土壤储仓，经修复后的土壤外运再利用；其中，三级微生物喷淋降解反应器由三组功能相同的反应器依次串联而成，三组反应器均水平安装固定，反应器材质选用铬锰合金钢，其左上部设有土壤进料口，右下部设有土壤出料口，每套反应器上部均设有土壤储料斗，土壤储料斗下方出口处装有旋转输送桨叶，反应器中部左、右两侧各装有8支雾化喷头，反应器底部设有微生物降解反应槽，反应槽下方并排安装有5部电加热装置，每组反应器的出口与入口之间由螺旋提升输送带连接。
进一步，三级微生物喷淋降解反应器中每组反应器的体积为180m3，其土壤储料斗可容纳45m3的土壤，其微生物降解反应槽可容纳60m3的土壤，其螺旋提升输送带每分钟可输送1.5m3的土壤。
进一步，三级微生物喷淋降解反应器的雾化喷头的雾化颗粒直径为5.0~22μm，正常工作压力为20~65kg，喷淋液为蜡样芽胞杆菌和磷酸变位酶的混合溶液。
进一步，其三级微生物喷淋降解反应器，电加热装置的工作电压为380V，加热温度范围为30~45℃。
进一步，调节式喷淋塔的作用是将经过三级微生物喷淋降解反应器处理后的土壤进行淋洗，进一步除去其中的可溶性杂质
本发明的优点在于：
（1）本系统摆脱了现有的氧化乐果污染土壤修复处理工艺，创造性的利用了蜡样芽胞杆菌在有磷酸变位酶参与的条件下，通过微生物降解反应，使氧化乐果中的主要成分——O,O-二甲基-S-[2-(甲胺基)-2-氧代乙基硫代磷酸酯分子中的C-P键发生断裂，并在35~38℃的温度范围内逐步降解为CO2、N2和H2O等无害的简单化合物，从而使土壤得到彻底的净化修复，其处理效率可达99.2%。
（2）本方法不使用也不产生任何有毒化学物质，基本杜绝了土壤修复过程对环境造成的次生危害，能够带来非常显著的经济效益和环境效益。
（3）本系统可根据实际处理土量以及土壤中氧化乐果成分的实际浓度，实时选择雾化喷头的开启数量和喷洒流量，能够有效节省处理物料和能源，大大降低了处理成本。
（4）本系统原理简单易行，设计施工成本较低，并且处理效果较好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是本发明的设备示意图。
图中：1-原土料斗、2-鼓风分选机、3-振动筛分机、4-磁力筛分机、5-研磨粉碎机、6-三级微生物喷淋降解反应器、7-调节式喷淋塔、8-电热鼓风烘干机、9-修复土壤储仓
图2是三级微生物喷淋降解反应器的示意图。
图中：61-土壤进料口、62-土壤储料斗、63-旋转输送桨叶、64-雾化喷头、65-微生物降解反应槽、66-电加热装置、67-螺旋提升输送带、68-出料口。
具体实施方式
如图1所示的去除农田土壤中氧化乐果成分的土壤修复装置，该装置包括1-原土料斗、2-鼓风分选机、3-振动筛分机、4-磁力筛分机、5-研磨粉碎机、6-三级微生物喷淋降解反应器、7-调节式喷淋塔、8-电热鼓风烘干机、9-修复土壤储仓；其中，待修复的含有氧化乐果成分的农田土壤集中储存于原土料斗1中，在此进行集中收集并完成初步稳定过程，原土料斗1中的待修复土壤通过螺旋提升输送机输送至鼓风分选机2，在此去除土壤中的塑料、纸张等低密度、大体积杂物，鼓风分选机2的出口通过传送带连接振动筛分机3，在此去除土壤中较高密度、大粒径的杂质，振动筛分机3的出口通过传送带连接磁力筛分机4，在此去除土壤中的金属杂质，磁力筛分机4的出口通过传送带连接研磨粉碎机5，在此将土壤研磨至粒径小于10mm，研磨粉碎机5的出口通过传送带连接三级微生物喷淋降解反应器6，三级微生物喷淋降解反应器6的出料口通过传送带连接调节式喷淋塔7，在此进行进一步淋洗净化，去除可溶性杂质，调节式喷淋塔7的出口通过传送带连接电热鼓风烘干机8，在此将经淋洗土壤中所含的水分烘干去除，电热鼓风烘干机8的出口通过传送带连接修复土壤储仓9，经修复后的土壤外运再利用。其中，三级微生物喷淋降解反应器6由三组功能相同的反应器依次串联而成，三组反应器均水平安装固定，反应器材质选用铬锰合金钢，每组反应器的体积为180m3，其左上部设有土壤进料口61，右下部设有土壤出料口68，每套反应器上部均设有土壤储料斗62，土壤储料斗可容纳45m3的土壤，土壤储料斗62下方出口处装有旋转输送桨叶63，反应器中部左、右两侧各装有8支雾化喷头64，反应器底部设有微生物降解反应槽65，可容纳60m3的土壤，反应槽下方并排安装有5部电加热装置66，每组反应器的出口与入口之间由螺旋提升输送带67连接。经过研磨粉碎处理后的细颗粒土壤，通过三级微生物喷淋降解反应器6左上部的进料口61进入第一级反应器内部，其先暂存于土壤储料斗62中进行稳定，之后在旋转输送桨叶63的旋转输送作用下，适量的土壤会从土壤储料斗下方的出口排出，并依靠重力作用下落至反应器下方的微生物降解反应槽65中，在此下落过程中，反应器中部左、右两侧的8支雾化喷头64会将蜡样芽胞杆菌和磷酸变位酶的混合溶液均匀喷洒于下落的土壤中，雾化喷头的雾化颗粒直径为5.0~22μm，正常工作压力为20~65kg，喷洒过蜡样芽胞杆菌和磷酸变位酶的土壤落入微生物降解反应槽65中，通过反应槽下方电加热装置66的加热作用，使土壤温度维持在35~38℃，蜡样芽胞杆菌在有磷酸变位酶参与的条件下，通过生物降解反应，使氧化乐果中的主要成分——O,O-二甲基-S-[2-(甲胺基)-2-氧代乙基硫代磷酸酯分子中的C-P键发生断裂，并在此适宜温度下将其逐步降解为CO2、N2和H2O等无害的简单化合物，经过微生物降解反应后的土壤，经螺旋提升输送带67以每分钟1.5m3的速度输送至第二级反应器的进料口61，并进入第二级反应器的土壤储料斗62中，而后重复上述处理过程，经过三次微生物降解处理后的土壤，从第三级反应器的出料口68排出进入下一处理工序；其中，鼓风分选机2的作用是通过鼓风吹扫，将土壤中的塑料、纸张等低密度、大体积杂物分离并去除；其中，振动筛分机3的作用是通过振动分选，去除土壤中较高密度、大粒径的杂质；其中，磁力筛分机4的作用是利用电磁力吸引并去除土壤中的金属杂质；其中，调节式喷淋塔7的作用是将经过三级微生物喷淋降解反应器处理后的土壤进行淋洗，进一步除去其中的可溶性杂质。
通过本系统处理后的农田土壤，其氧化乐果成分的去除效率可达97.2%。

Claims (1)

1.一种去除农田土壤中氧化乐果成分的土壤修复装置，其特征在于，该装置包括原土料斗、鼓风分选机、振动筛分机、磁力筛分机、研磨粉碎机、三级微生物喷淋降解反应器、调节式喷淋塔、电热鼓风烘干机、修复土壤储仓；其中，待修复的含有氧化乐果成分的农田土壤集中储存于原土料斗中，原土料斗中的待修复土壤通过螺旋提升输送机输送至鼓风分选机，鼓风分选机的出口通过传送带连接振动筛分机，振动筛分机的出口通过传送带连接磁力筛分机，磁力筛分机的出口通过传送带连接研磨粉碎机，研磨粉碎机的出口通过传送带连接三级微生物喷淋降解反应器，三级微生物喷淋降解反应器的出料口通过传送带连接调节式喷淋塔，调节式喷淋塔的出口通过传送带连接电热鼓风烘干机，电热鼓风烘干机的出口通过传送带连接修复土壤储仓，经修复后的土壤外运再利用；其中，三级微生物喷淋降解反应器由三组功能相同的反应器依次串联而成，三组微生物喷淋降解反应器均水平安装固定，反应器材质选用铬锰合金钢，其左上部设有土壤进料口，右下部设有土壤出料口，每套微生物喷淋降解反应器上部均设有土壤储料斗，土壤储料斗下方出口处装有旋转输送桨叶，反应器中部左、右两侧各装有8支雾化喷头，微生物喷淋降解反应器底部设有微生物降解反应槽，微生物降解反应槽下方并排安装有5部电加热装置，每组微生物喷淋降解反应器的出口与入口之间由螺旋提升输送带连接；
其中，每组微生物喷淋降解反应器的体积为180m3，其土壤储料斗可容纳45m3的土壤，其微生物降解反应槽可容纳60m3的土壤，其螺旋提升输送带每分钟可输送1.5m3的土壤；微生物喷淋降解反应器的雾化喷头的雾化颗粒直径为5.0~22μm，喷淋液为蜡样芽胞杆菌和磷酸变位酶的混合溶液。
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