CN108773943A - 一种有机磷农药污染土壤异位修复系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种有机磷农药污染土壤异位修复系统，包括土壤淋洗单元、调节池和废水一体化处理单元，土壤淋洗单元为多阶段反向土壤淋洗单元，废水一体化处理单元包括依次连接的反应池、混合池、絮凝沉淀池、砂滤池、清水池，反应池设pH调节剂投加口、Fe‑TAML和H2O2投加口，混合池设PAM投加口，土壤淋洗单元的废水出口和调节池连接，调节池再和反应池连接，清水池大部分出水回用作清洁淋洗剂，少部分出水作为砂滤池反冲洗水源。本发明还公开有机磷农药污染土壤异位修复方法。通过多级反向淋洗污染土壤，淋洗废水通过废水一体化处理单元处理，出水大部分作为淋洗剂循环回用，形成半闭环系统，修复污染土壤，也实现资源循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤处理领域，具体涉及一种有机磷农药污染土壤异位修复系统及方法。
背景技术
我国农药生产量居国际第二位，农药中杀虫剂占70％，杀虫剂中有机磷农药占70％,大量的农药施用后，除了少部分被作物吸收带走，少部分通过挥发和迁移到大气中，绝大部分的农药通过环境行为最终滞留在土壤中，造成严重的土壤污染。
目前处理这类有机磷农药污染物的方法无出以下几种：第一，固化稳定化，将导致土壤固结，丧失生产耕作能力，破坏土壤生态环境系统；第二，土壤混合/稀释技术，是指用清洁土壤取代或者部分取代污染土壤，覆盖在土壤表层或者混匀，使污染物浓度降低到临界危害浓度以下的一种修复技术，通过混合和稀释，减少污染物与植物根系的接触，并减少污染物进入食物链，此方法治标不治本，通过增加样本容量来降低污染物浓度梯度，混入大量清洁土壤，增加污染总量，且当土壤含水量较高时，混合不均匀会影响混合效果；第三，化学萃取技术，通过化学萃取剂的萃取，易造成二次污染，污染物被萃取剂萃取出来后，高度浓缩的废水处理成本较高；第四，化学淋洗修复技术，通过液态淋洗剂将污染物淋洗集中至淋洗剂中，再通过化学技术处理淋洗剂中的有机污染物，目前常用的化学方法有氧化法，如臭氧，氯气，高锰酸钾等化学氧化技术，降解效率低，比如氯气处理技术副产物毒性很强。与此同时，Fenton技术也被人们用于有机磷农药污染土壤修复中，但是它们主要是通过生成活性氧自由基如羟基自由基来处理污染物，导致这类反应的选择性不是很好。因此基于有机金属催化剂具有类酶活性这一特点，成为了人们研究的热点，而Fe-TAML/H2O2体系是目前活性最高的一类金属有机催化剂。目前还没有将Fe-TAML/H2O2应用于有机磷农药污染土壤处理中的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机磷农药污染土壤异位修复系统及方法，以解决现有技术的不足。
本发明采用以下技术方案：
一种有机磷农药污染土壤异位修复系统，包括土壤淋洗单元、调节池和废水一体化处理单元，
土壤淋洗单元为多阶段反向土壤淋洗单元，
废水一体化处理单元包括依次连接的反应池、混合池、絮凝沉淀池、砂滤池、清水池，反应池设有pH调节剂投加口、Fe-TAML和H2O2投加口，混合池设有PAM投加口，
多阶段反向土壤淋洗单元的废水出口和调节池连接，调节池再和废水一体化处理单元的反应池连接，清水池和多阶段反向土壤淋洗单元的清洁淋洗剂进口连接大部分出水回用作清洁淋洗剂，清水池通过反洗泵和砂滤池连接少部分出水作为砂滤池反冲洗水源，清水池设有排放口，用于余下极少部分出水外排，
砂滤池通过反冲洗废水泵和调节池连接，
絮凝沉淀池通过污泥泵和外设污泥池连接。
进一步地，土壤淋洗单元为多阶段反向土壤淋洗单元，包括N阶段土壤淋洗单元，清洁淋洗剂依次由第N阶段土壤淋洗单元至第一阶段土壤淋洗单元，污染土壤依次由第一阶段土壤淋洗单元至第N阶段土壤淋洗单元，通过N次不同梯度浓度的清洁淋洗剂淋洗，多级淋洗后的清洁土壤由第N阶段土壤淋洗单元排出，并回填至土壤环境，高浓度淋洗废水由第一阶段土壤淋洗单元的废水出口进入调节池。
进一步地，反应池内设有曝气搅拌装置，曝气搅拌装置包括底座、支架和曝气盘；混合池内设有PAM反应搅拌装置；絮凝沉淀池内设斜管沉淀装置；砂滤池内砂滤装置自上往下包括砂滤层、承托层、滤头。
一种有机磷农药污染土壤异位修复方法，包括如下步骤：
步骤一、清洁淋洗剂依次由第N阶段土壤淋洗单元至第一阶段土壤淋洗单元，污染土壤依次由第一阶段土壤淋洗单元至第N阶段土壤淋洗单元，通过N次不同梯度浓度的清洁淋洗剂淋洗，处理后的清洁土壤由第N阶段土壤淋洗单元排出回填至土壤环境，处理后的废水由第一阶段土壤淋洗单元的废水出口进入调节池；
步骤二、废水经调节池调节水质水量后进入反应池，反应池内加入pH调节剂调节pH至中性或弱碱性，按一定比例投加Fe-TAML和H2O2，曝气搅拌，反应一定时间，高毒性的有机磷农药污染物降解率达90％以上；
步骤三、反应池出水进入混合池，混合池内投加PAM溶液，慢速搅拌充分混合；
步骤四、混合池出水进入絮凝沉淀池，沉淀一定时间，将大部分悬浮物沉淀下来；
步骤五、絮凝沉淀池下部污泥通过污泥泵打至污泥池，上层清液进入砂滤池，经砂滤池过滤后，水质得到进一步净化；砂滤池需定期反冲洗，反冲洗废水通过反冲洗废水泵打回调节池；
步骤六、砂滤池出水进入清水池，清水池出水大部分回用至第N阶段土壤淋洗单元，作为清洁淋洗剂使用，少部分作为砂滤池反冲洗的水源，余下极少部分外排。
进一步地，步骤一清洁淋洗剂为10wt％-20wt％的环糊精溶液。
进一步地，步骤二反应池内加入pH调节剂调节pH至7-9。
进一步地，步骤二反应池内投加Fe-TAML和有机磷农药摩尔浓度比大于等于1:2000，投加H2O2过量，反应1-2h。
进一步地，步骤三混合池内投加2wt‰-5wt‰PAM溶液，投加量为0.5-2g/m3，100-150r/min慢速搅拌5-10min充分混合。
进一步地，步骤四混合池出水进入絮凝沉淀池沉淀至少30min。
进一步地，步骤六清水池出水70％-80％回用至第N阶段土壤淋洗单元，作为清洁淋洗剂使用，少部分作为砂滤池反冲洗的水源，余下＜5％外排。
本发明的有益效果：
1、本发明利用清洁淋洗剂多级反向淋洗有机磷农药污染土壤，将固相土壤中的有机磷农药溶至液相淋洗剂中，收集得到的高浓度淋洗废水于调节池调节水质水量后经过以“反应池+混合池+絮凝沉淀池+砂滤池+清水池”为主的废水一体化处理单元，污染物在反应池中反应降解后，经过后续的沉淀过滤，进入清水池，清水池出水70％-80％可再次回用于淋洗阶段，少部分用于砂滤池反冲洗，仅有极少部分(＜5％)外排。废水一体化处理单元处理后，出水大部分作为清洁淋洗剂循环回用，形成半闭环系统，在修复污染土壤的同时也实现了资源的循环利用，达到环保、节能、降耗的目的。
2、本发明将Fe-TAML/H2O2催化氧化体系运用于有机磷农药污染土壤修复，利用其极强的氧化性降解毒性高、腐蚀性强、久性的有机磷农药污染物，充分发挥该催化氧化体系对有机物的超强去除能力及优势。本催化氧化体系用量更少，氧化产物更彻底(毒性更小、对环境生态系统更友好，目前市场主流氧化法对有机磷农药这类持久性污染物氧化不够彻底，导致其产物毒性比母体更强)。通过Fe-TAML/H2O2催化氧化体系处理后，有机磷农药污染物将降解为相应的产物及其水解产物、CO2、H2O、PO4 3-等毒性持久性更弱、更环保的产物。经过反应池的催化氧化，废水中原先存在一部分悬浮物及其残余的有机物，通过投加絮凝剂进行絮凝反应，然后经过沉淀池进行固液分离，上层清液仍然达不到回用的要求，因此需借助后面的砂滤池进行进一步过滤，得到可回用的清液。清液储存在清水池中供回用和反冲洗。
3、本发明采用N阶段反向土壤淋洗单元对有机磷农药污染土壤进行淋洗，通过N次不同梯度浓度的清洁淋洗剂淋洗，处理后的清洁土壤由第N阶段土壤淋洗单元排出回填至土壤环境。本发明采用10wt％-20wt％的环糊精水溶液作为清洁淋洗剂，环糊精具有外缘亲水，空腔疏水的特性，且没有毒性，结合N阶段反向土壤淋洗，淋洗效果显著。降解土壤中污染物的同时，还原土壤生产能力。
附图说明
图1为本系统示意图。
土壤淋洗单元1、调节池2、反应池3、混合池4、絮凝沉淀池5、砂滤池6、清水池7、污泥池8、污泥泵9、反洗泵10、离心泵11、pH调节剂加药泵12、Fe-TAML和H2O2加药泵13、PAM加药泵14、轴流风机15、污染土壤16、清洁淋洗剂17、清洁土壤18、反冲洗废水泵19、清水池出水20、废水21、第一阶段土壤淋洗单元1-1、第二阶段土壤淋洗单元1-2、第三阶段土壤淋洗单元1-3、曝气搅拌装置31、底座313、支架312、曝气盘311、PAM反应搅拌装置41、斜管沉淀装置51、溢流堰52、砂滤装置61、砂滤层611、承托层612、滤头613。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
一种有机磷农药污染土壤异位修复系统，如图1所示，包括土壤淋洗单元1、调节池2和废水一体化处理单元。
土壤淋洗单元1为三阶段反向土壤淋洗单元，包括第一阶段土壤淋洗单元1-1、第二阶段土壤淋洗单元1-2、第三阶段土壤淋洗单元1-3。清洁淋洗剂17依次由第三阶段土壤淋洗单元1-3至第一阶段土壤淋洗单元1-1，污染土壤16依次由第一阶段土壤淋洗单元1-1至第三阶段土壤淋洗单元1-3，通过三次不同梯度浓度的清洁淋洗剂17淋洗，多级淋洗后的清洁土壤18由第三阶段土壤淋洗单元1-3排出，并回填至土壤环境，高浓度淋洗废水21由第一阶段土壤淋洗单元1-1的废水出口进入调节池2。其中，各阶段土壤淋洗单元通过固液分离装置(图1中未标示)将固液分离，各阶段土壤淋洗单元间通过土壤输送装置(图1未标示)输送土壤，各阶段土壤淋洗单元间通过离心泵11输送淋洗剂。
废水一体化处理单元包括依次连接的反应池3、混合池4、絮凝沉淀池5、砂滤池6、清水池7。反应池3设有pH调节剂投加口、Fe-TAML和H2O2投加口、放空口G。pH调节剂投加口和pH调节剂加药泵12连接，Fe-TAML和H2O2投加口和Fe-TAML和H2O2加药泵13连接，放空口G用于反应池3检修清洗及应急处理。反应池3内设有曝气搅拌装置31。曝气搅拌装置31包括底座313、支架312和曝气盘311。曝气搅拌装置31和轴流风机15连接，由轴流风机15供应空气。混合池4设有PAM投加口。PAM投加口和PAM加药泵14连接。混合池4内设有PAM反应搅拌装置41。絮凝沉淀池5内设斜管沉淀装置51。砂滤池6内砂滤装置61自上往下包括砂滤层611、承托层612、滤头613。
三阶段反向土壤淋洗单元的废水出口和调节池2连接，调节池2再和废水一体化处理单元的反应池3连接。清水池7和三阶段反向土壤淋洗单元的清洁淋洗剂进口连接大部分清水池出水20回用作清洁淋洗剂17，清水池7通过反洗泵10和砂滤池6连接少部分清水池出水20作为砂滤池6反冲洗水源，清水池7设有排放口F用于余下极少部分清水池出水20外排。
砂滤池6通过反冲洗废水泵19和调节池2连接。
絮凝沉淀池5通过污泥泵9和外设污泥池8连接。
一种有机磷农药污染土壤异位修复方法，包括如下步骤：
步骤一、清洁淋洗剂17依次由第三阶段土壤淋洗单元1-3至第一阶段土壤淋洗单元1-1，污染土壤16依次由第一阶段土壤淋洗单元1-1至第三阶段土壤淋洗单元1-3，通过三次不同梯度浓度的清洁淋洗剂17淋洗，处理后的清洁土壤18由第三阶段土壤淋洗单元1-3排出回填至土壤环境，处理后的废水21由第一阶段土壤淋洗单元1-1的废水出口进入调节池2；其中，清洁淋洗剂17为10wt％-20wt％的环糊精溶液。
步骤二、废水21经调节池2调节水质水量后经过进水口A进入反应池3，反应池3内加入pH调节剂调节pH至7-9，投加Fe-TAML和H2O2，Fe-TAML和有机磷农药摩尔浓度比大于等于1:2000，H2O2过量，曝气搅拌，反应1-2h，高毒性的有机磷农药污染物降解率达90％以上。
步骤三、反应池3出水由B口自流进入混合池4，混合池4内投加2wt‰-5wt‰PAM溶液，投加量为0.5-2g/m3，100-150r/min慢速搅拌拌5-10min充分混合；
步骤四、混合池4出水经出水口C进入絮凝沉淀池5，沉淀至少30min，将大部分悬浮物沉淀下来，提升水质和透明度；
步骤五、絮凝沉淀池5下部污泥通过污泥泵9打至污泥池8，上层清液经溢流堰52自D口进入砂滤池6，经砂滤池6过滤后，水质得到进一步净化；砂滤池6需定期反冲洗，反冲洗废水通过反冲洗废水泵19打回调节池2；
步骤六、砂滤池6出水自E口进入清水池7，清水池出水20的70％-80％回用至第三阶段土壤淋洗单元1-3，作为清洁淋洗剂17使用，少部分作为砂滤池6反冲洗的水源，余下＜5％自排放口F外排。
Claims (10)
1.一种有机磷农药污染土壤异位修复系统，其特征在于，包括土壤淋洗单元、调节池和废水一体化处理单元，
土壤淋洗单元为多阶段反向土壤淋洗单元，
废水一体化处理单元包括依次连接的反应池、混合池、絮凝沉淀池、砂滤池、清水池，反应池设有pH调节剂投加口、Fe-TAML和H2O2投加口，混合池设有PAM投加口，
多阶段反向土壤淋洗单元的废水出口和调节池连接，调节池再和废水一体化处理单元的反应池连接，清水池和多阶段反向土壤淋洗单元的清洁淋洗剂进口连接大部分出水回用作清洁淋洗剂，清水池通过反洗泵和砂滤池连接少部分出水作为砂滤池反冲洗水源，清水池设有排放口，用于余下极少部分出水外排，
砂滤池通过反冲洗废水泵和调节池连接，
絮凝沉淀池通过污泥泵和外设污泥池连接。
2.根据权利要求1所述的有机磷农药污染土壤异位修复系统，其特征在于，土壤淋洗单元为多阶段反向土壤淋洗单元，包括N阶段土壤淋洗单元，清洁淋洗剂依次由第N阶段土壤淋洗单元至第一阶段土壤淋洗单元，污染土壤依次由第一阶段土壤淋洗单元至第N阶段土壤淋洗单元，通过N次不同梯度浓度的清洁淋洗剂淋洗，多级淋洗后的清洁土壤由第N阶段土壤淋洗单元排出，并回填至土壤环境，高浓度淋洗废水由第一阶段土壤淋洗单元的废水出口进入调节池。
3.根据权利要求1所述的有机磷农药污染土壤异位修复系统，其特征在于，反应池内设有曝气搅拌装置，曝气搅拌装置包括底座、支架和曝气盘；混合池内设有PAM反应搅拌装置；絮凝沉淀池内设斜管沉淀装置；砂滤池内砂滤装置自上往下包括砂滤层、承托层、滤头。
4.一种有机磷农药污染土壤异位修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、清洁淋洗剂依次由第N阶段土壤淋洗单元至第一阶段土壤淋洗单元，污染土壤依次由第一阶段土壤淋洗单元至第N阶段土壤淋洗单元，通过N次不同梯度浓度的清洁淋洗剂淋洗，处理后的清洁土壤由第N阶段土壤淋洗单元排出回填至土壤环境，处理后的废水由第一阶段土壤淋洗单元的废水出口进入调节池；
步骤二、废水经调节池调节水质水量后进入反应池，反应池内加入pH调节剂调节pH至中性或弱碱性，按一定比例投加Fe-TAML和H2O2，曝气搅拌，反应一定时间，高毒性的有机磷农药污染物降解率达90％以上；
步骤三、反应池出水进入混合池，混合池内投加PAM溶液，慢速搅拌充分混合；
步骤四、混合池出水进入絮凝沉淀池，沉淀一定时间，将大部分悬浮物沉淀下来；
步骤五、絮凝沉淀池下部污泥通过污泥泵打至污泥池，上层清液进入砂滤池，经砂滤池过滤后，水质得到进一步净化；砂滤池需定期反冲洗，反冲洗废水通过反冲洗废水泵打回调节池；
步骤六、砂滤池出水进入清水池，清水池出水大部分回用至第N阶段土壤淋洗单元，作为清洁淋洗剂使用，少部分作为砂滤池反冲洗的水源，余下极少部分外排。
5.根据权利要求4所述的有机磷农药污染土壤异位修复方法，其特征在于，步骤一清洁淋洗剂为10wt％-20wt％的环糊精溶液。
6.根据权利要求4所述的有机磷农药污染土壤异位修复方法，其特征在于，步骤二反应池内加入pH调节剂调节pH至7-9。
7.根据权利要求4所述的有机磷农药污染土壤异位修复方法，其特征在于，步骤二反应池内投加Fe-TAML和有机磷农药摩尔浓度比大于等于1:2000，投加H2O2过量，反应1-2h。
8.根据权利要求4所述的有机磷农药污染土壤异位修复方法，其特征在于，步骤三混合池内投加2wt‰-5wt‰PAM溶液，投加量为0.5-2g/m3，100-150r/min慢速搅拌5-10min充分混合。
9.根据权利要求4所述的有机磷农药污染土壤异位修复方法，其特征在于，步骤四混合池出水进入絮凝沉淀池沉淀至少30min。
10.根据权利要求4所述的有机磷农药污染土壤异位修复方法，其特征在于，步骤六清水池出水70％-80％回用至第N阶段土壤淋洗单元，作为清洁淋洗剂使用，少部分作为砂滤池反冲洗的水源，余下＜5％外排。
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