CN108941175A - 土壤污染处理方法及土壤污染处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了土壤污染处理方法及土壤污染处理装置。上述土壤污染处理方法，包括如下步骤：将土壤或土壤与水的混合物同时通过包含预设强度的磁场和活性催化剂的磁力催化反应器，以将土壤中的水进行活化，快速分散洗脱土壤及土壤中的地下水中的污染物，并将大分子有机物氧化或还原成小分子有机物；将土壤与水的混合物置于三相混合反应器，三相混合反应器充入气态氧化剂，土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应。本发明所述土壤污染处理方法，修复效果好、修复彻底、不会产生二次污染和重新污染，且修复速度快、效率高、成本低。

Description

土壤污染处理方法及土壤污染处理装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及土壤污染处理方法及土壤污染处理装置。

背景技术

受污染土壤在重新利用之前，需要先对受污染土壤进行预处理，其目的是去除受污染土壤包含的各种污染物，以免在日后造成污染，损害人体健康。

目前对受污染土壤处理的方法一般包括表层开挖、化学品淋洗和投加稳定剂等环节，以清除受污染土壤表面的污染物，但这些方法存在以下缺陷：1、对受污染土壤修复或开挖过程的渗水、地下水未进行收集处理，即使有收集处理但多用复杂的组合工艺以致投资、运行费用甚高；2、淋洗水大多没处理，或处理效率低，易造成二次污染；3、受污染土壤修复过程往往是间歇进行，极少连续处理，因此修复速度较慢；4、淋洗设备和脱水设备效率低；5、较少配合物理场、吸附催化技术处理淋洗水、淋洗后土壤和挥发性污染物，降低污染物分解速度，影响了修复效果；6、对地下水未做处理以致日后重新污染土壤；7、采用Fenton、过硫酸盐氧化等工艺会带入大量盐分，对土壤、地下水可能产生二次污染；8、投加的淋洗剂或稳定剂并不能完全消除污染，日后污染物还会缓慢释放。

发明内容

基于此，本发明有必要提供一种修复效果好、修复彻底、不会产生二次污染和重新污染，且修复速度快、效率高、成本低的土壤污染处理方法。

本发明还有必要提供一种土壤污染处理装置。

为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种土壤污染处理方法，其包括如下步骤：

将土壤或土壤与水的混合物同时通过包含预设强度的磁场和活性催化剂的磁力催化反应器，以将土壤中的水进行活化，快速分散洗脱土壤及土壤中的地下水中的污染物，并将大分子有机物氧化或还原成小分子有机物；

将土壤与水的混合物置于三相混合反应器，三相混合反应器充入气态氧化剂，土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应。

上述的土壤污染处理方法，通过磁场和活性催化剂，将土壤中的水进行活化瞬间断开水分子团的氢键使其成为单个或少个数水分子，变成磁化水、活化水，可直接去除20％左右的COD，磁场可协同水中氧化剂强化分解污染物，持续分解有机污染物；催化剂协同磁场和氧化剂或还原剂，有毒有害大分子有机物氧化(或还原)成无毒的小分子有机物，甚至彻底矿化成CO₂、H₂O，处理过程连续进行，从而更彻底底分解污染物，由此修复效果好、修复彻底，修复速度快、效率高；在此过程中，处理工艺简便，不涉及大型的组合设备，修复成本低；不添加Fenton、过硫酸盐、淋洗剂等物质，避免了二次污染和重新污染。

其中一些实施例中，所述步骤：将土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应，反应后产生的泥水混合物再次通过预设强度的磁场和活性催化剂进行反应，多次反应完成后泥水混合物排出。

其中一些实施例中，所述步骤：将土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应，具体是：将土壤与水的混合物与气态氧化剂及氧化剂或还原剂充分混合以进行反应。

其中一些实施例中，所述还原剂为含碳材料、纳米铁、亚硫酸钠及硼氢化钠中的一种或几种。

其中一些实施例中，所述将土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应的步骤中，所述的水为洁净水或者未经处理的地下水。

本发明还提供一种土壤污染处理装置，其包括:

磁力催化反应器，所述磁力催化反应器包括外壳、安装于所述外壳内的磁化部件与活性催化部件，所述外壳的上端设置第一导流板，所述外壳的下端设置第二导流板，所述磁化部件与所述活性催化部件垂直安装于所述第一导流板与所述第二导流板之间，所述磁化部件与所述活性催化部件间隔交错设置，以在所述磁化部件与所述活性催化部件之间形成空隙；

三相混合反应器，所述三相混合反应器包括第一管道及通过提升泵连通所述第一管道的第二管道，所述第一管道一路连通所述磁力催化反应器的底部，所述第二管道连通所述磁力催化反应器的顶部；所述第一管道的顶部设有气态氧化剂进气口。

上述的土壤污染处理装置，通过磁场和活性催化剂，将土壤中的水进行活化瞬间断开水分子团的氢键使其成为单个或少个数水分子，变成磁化水、活化水，可直接去除20％左右的COD，磁场可协同水中氧化剂强化分解污染物，持续分解有机污染物；催化剂协同磁场和氧化剂或还原剂，有毒有害大分子有机物氧化(或还原)成无毒的小分子有机物，甚至彻底矿化成CO₂、H₂O，处理过程连续进行，从而更彻底底分解污染物，由此修复效果好、修复彻底，修复速度快、效率高；在此过程中，处理工艺简便，不涉及大型的组合设备，修复成本低；不添加Fenton、过硫酸盐、淋洗剂等物质，避免了二次污染和重新污染。

其中一些实施例中，所述磁化部件为磁化棒，每一所述磁化棒的磁感应强度为100mT-2000mT。

其中一些实施例中，所述活性催化部件为由筛网封装的负载活性催化剂的填料袋,或者所述活性催化部件为表面涂覆活性催化剂的金属或非金属材料；所述活性催化剂为天然矿物材料，所述天然矿物材料为Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素及Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素的金属氧化物中的一种或多种。

其中一些实施例中，所述活性催化剂为天然矿物材料，所述天然矿物材料为Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素及Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素的金属氧化物中的一种或多种。

其中一些实施例中，所述磁化部件与所述活性催化部件安装在一负载部件内，所述负载部件可拆卸地安装于所述外壳内；所述第一导流板与所述第二导流板分别安装于所述外壳内对应所述负载部件的两端位置。

其中一些实施例中，所述第一管道的顶部设有氧化剂或还原剂加料口。

其中一些实施例中，所述第一管道的底部设有地下水进水口。

本发明还提供一种土壤污染处理方法，包括如下步骤：

提供土壤污染处理装置，所述土壤污染处理装置包括：

磁力催化反应器，所述磁力催化反应器包括外壳、安装于所述外壳内的磁化部件与活性催化部件，所述外壳的顶部设置第一导流板，所述外壳的底部设置第二导流板，所述磁化部件与所述活性催化部件垂直安装于所述第一导流板与所述第二导流板之间，所述磁化部件与所述活性催化部件间隔交错设置，以在所述磁化部件与所述活性催化部件之间形成空隙；

三相混合反应器，所述三相混合反应器包括第一管道及通过提升泵连通所述第一管道的第二管道，所述第一管道一路连通所述磁力催化反应器的底部，所述第二管道连通所述磁力催化反应器的顶部；所述第一管道的顶部设有气态氧化剂进气口；

将土壤与水的混合物同时通过所述外壳的顶部投入所述磁力催化反应器，所述土壤或土壤与水的混合物通过所述第一导流板进入所述磁化部件与所述活性催化部件之间的空隙，所述磁化部件将土壤中的水进行活化，所述活性催化部件快速分散洗脱土壤及土壤中的地下水中的污染物，并将大分子有机物氧化或还原成小分子有机物；

处理后的土壤与水的混合物进入所述三相混合反应器，与所述气态氧化剂进气口进入的气态氧化剂充分混合以进行反应。

附图说明

图1是本发明一实施例所述土壤污染处理装置的侧面结构示意图；

图2图1所述土壤污染处理装置的负载部件的俯视图；

图3图1所述土壤污染处理装置的筛网封装的负载活性催化剂填料袋结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明提供一种土壤污染处理方法，用于处理受污染尤其是有机物污染的土壤，土壤中含有水分，该方法包括如下步骤：

将土壤或土壤与水的混合物同时通过预设强度的磁场和活性催化剂，以将土壤中的水进行活化，快速分散洗脱土壤及土壤中的地下水中的污染物，并将大分子有机物氧化或还原成小分子有机物，甚至彻底矿化成CO₂、H₂O；当直接对土壤进行处理时，需要加入水一起通过预设强度的磁场和活性催化剂。

将土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应。该水可以是直接吸入的地下水，也可以是经过处理的干净的水，但土壤中还包含一定量的地下水。

上述两个步骤可以任一先进行，一个步骤完成后再进行另外一步骤，两者循环重复，对土壤进行多次处理。

土壤或土壤与水的混合物同时通过预设强度的磁场，可降低表面张力和粘度，瞬间断开水分子团的氢键使其成为单个(或少个数)水分子，由此变成了磁化水、活化水，有利于各种物质分散，提高物质溶解度，尤其利于疏水性污染物从土壤中分离和分解；污水瞬间磁处理可直接去除COD(ChemicalOxygenDemand)20％左右。此外，磁场可协同水中氧化剂强化分解污染物，因其使得具有强氧化作用的羟基自由基(·OH)大量产生，而且稳定持久，可持续分解有机污染物。

活性催化剂可实现快速分散洗脱、吸附污染物，并在磁场和氧化剂(或还原剂)的协同作用下，把有毒有害大分子有机物氧化(或还原)成无毒的小分子有机物，甚至彻底矿化成CO₂、H₂O，从而修复土壤和地下水。

土壤与水的混合物与气态氧化剂高速(>1000r/min)混合，极大地强化传质，尤其对于以臭氧为氧化剂的反应系统，能瞬间把臭氧气体切割分散为超细气泡(直径＜30微米)，大大增加其溶解度，其利用效率由传统的20％作用大幅提升到90％以上，由此极大减少臭氧溢出导致的浪费，显著提高处理效率。

上述的三种处理过程协同在一起，可以产生1+1+1大于3的效果，大大地提高了修复效率，提升了修复水平。

其中的活性催化剂为具有催化作用的化学药剂或者天然的矿石催化剂。例如活性催化剂为天然矿物材料，所述天然矿物材料为Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素及Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素的金属氧化物中的一种或多种。

气态氧化剂例如臭氧、二氧化氯等气体。

其中的土壤是直接通过挖掘机挖出，一般土壤中含有较大的水分，不需用另外加水即可直接处理。若土壤中含有粒径较大的石子，则须先经粉碎机破碎成细颗粒，再进行处理。

将土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应，反应完成产生的水排出，产生的泥浆再次通过预设强度的磁场和活性催化剂，如此循环重复处理，直至将土壤和水处理干净达标。因此，该系统可进行连续处理，更彻底底分解污染物，由此修复效果好、修复彻底。

将土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应，具体是：将土壤与水的混合物与气态氧化剂及氧化剂或还原剂充分混合以进行反应。氧化剂或还原剂，加速反应进行。其中的氧化剂或还原剂可以是液态、固态等形态，均对反应有促进作用。还原剂为含碳材料、纳米铁、亚硫酸钠及硼氢化钠中的一种或几种。

氧化剂例如臭氧、过氧化物等。其中的水为洁净水或者未经处理的地下水，混合至土壤中。此过程不涉及Fenton、过硫酸盐、淋洗剂等物质，避免了二次污染和重新污染，并大幅减低初始投资、运行费用和后期维护费用。

请参照图1至图3，本发明还提供一种土壤污染处理装置100，其包括磁力催化反应器10与三相混合反应器20，土壤与水的混合物通过磁力催化反应器10、三相混合反应器20循环反复地间歇或者连续处理，直至得到达标可直接排放的泥或者泥水混合物。

请参照图1与图2，磁力催化反应器10包括外壳12、安装于外壳12内的磁化部件13与活性催化部件14，外壳12整体呈漏斗状，顶部直径较大，底部直径较小，内设有空间。外壳12的上端即顶部或者靠近顶部的位置设置第一导流板121，该第一导流板121设有若干第一导流孔122，泥水混合物通过该第一导流孔122进入磁力催化反应器10内；外壳12的下端即底部或者靠近底部的位置设置第二导流板123，该第二导流板123设有若干第二导流孔，处理过的泥水混合物由第二导流板123的第二导流孔流出。

磁化部件13与活性催化部件14安装于第一导流板121与第二导流板123之间，磁化部件13与活性催化部件14间隔交错设置，以在磁化部件13与活性催化部件14之间形成空隙15，泥水混合物从第一导流板121的第一导流孔122进入该空隙15，旁边的磁化部件13与活性催化部件14分别对其进行相应处理。

优选地，该空隙15与第一导流孔122、第二导流孔的位置相对应，以使泥水混合物能够更顺畅地由第一导流孔122进入空隙15内，并由第二导流孔流出。空隙15的直径为1cm-10cm。

磁化部件13为磁化棒，每一磁化棒的磁感应强度为100mT-2000mT。磁化棒的长度为30cm-180cm。活性催化部件14布设于磁化棒之间。

请参照图3，活性催化部件14包括筛网141及封装在筛网141内的负载活性催化剂填料袋142。活性催化剂为天然矿物材料，天然矿物材料为Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素及Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素的金属氧化物中的一种或多种。活性催化剂的粒径为3mm-8mm。或者,活性催化部件14也可以是表面涂覆活性催化剂的金属或者非金属材料。

其中，填料袋142的直径为3cm-12cm，长度为30cm-180cm，与磁化棒的长度相对应。

请参照图2，磁化部件13与活性催化部件14安装在一负载部件16内，该负载部件16可拆卸地安装于外壳12内，由此，需要清洗或者更换磁化部件13与活性催化部件14时，可以直接取出负载部件16，清洗或更换完成后再安装至外壳12内。第一导流板121与第二导流板123分别安装于外壳12内对应负载部件16的两端位置。或者，负载部件16的两端直接形成第一导流板121与第二导流板123。

具体地，该负载部件16为一圆形的部件，中间开设若干间隔交错设置的安装腔，并在两个安装腔之间开设空隙15，磁化部件13与活性催化部件14安装在上述的安装腔内。

请参照图1，三相混合反应器20包括第一管道21及通过提升泵22连通第一管道21的第二管道23，第一管道21的一路连通磁力催化反应器10的底部，磁力催化反应器10处理后的混合物进入第一管道21进行进一步处理，第一管道21的另一路可直接连通至固液分离设备进行脱水，脱水后的泥土用皮带输送机送至临时堆场或回填，第二管道23连通磁力催化反应器10的顶部，在第一管道21内反应完成后的混合物通过第二管道23再次进入磁力催化反应器10进行反应。第一管道21的顶部设有气态氧化剂进气口24，气态氧化剂用过该气态氧化剂进气口24进入第一管道21内与第一管道21内的混合物反应。该气态氧化剂例如臭氧、过氧化氢等气体。

进一步地，气态氧化剂进气口24可通过进气管直接连通至气态氧化剂发生器，以连续不断地补充气态氧化剂。

进一步地，第一管道21的顶部设有氧化剂或还原剂加料口25，用于通过该氧化剂或还原剂加料口25加入氧化剂或还原剂功能材料。氧化剂或还原剂可以加速反应进行。其中的氧化剂或还原剂可以是液态、固态等形态，均对反应有促进作用。还原剂为含碳材料，例如纯碳材料、纳米铁、亚硫酸钠及硼氢化钠中的一种或几种。

氧化剂例如臭氧、过氧化物等。其中的水为洁净水或者未经处理的地下水，混合至土壤中。进一步地，该氧化剂或还原剂加料口25通过加料管连通至储料器，以连续不断地补充氧化剂或还原剂。

第一管道21内加入的水可以是处理完成达标的洁净水，也可以直接混入地下水。进一步地，第一管道21的底部设有地下水进水口26，通过该地下水进水口26为三相混合反应器20补充水，以进行连续处理，同时可对地下水进行处理。

气态氧化剂进气口24、氧化剂或还原剂加料口25、地下水进水口26及第一管道21、第二管道23均设置手动阀或电磁阀，以控制系统运行，进行间歇或者连续处理。

上述的土壤污染处理装置100，还可以装载于一移动车上，方便移动。并且可以配置自动控制设备、检测化验设备和应急发电设备等，控制该设备自动运行，并对出水水质进行检验。

上述的土壤污染处理装置，相比现有的组合处理设备，其工艺简单，制作成本低，因此，可以降低处理成本。

利用上述的土壤污染处理装置100进行土壤污染处理的方法为：将土壤与水的混合物同时通过磁力催化反应器10的外壳12的顶部投入磁力催化反应器10，土壤与水的混合物通过第一导流板121的第一导流孔122进入磁化部件13与活性催化部件14之间的空隙15内，磁化部件13产生的磁场对将土壤中的水进行活化，活性催化部件14快速吸附土壤中的污染物，并将大分子有机物氧化或还原成小分子有机物；处理后的土壤与水的混合物通过第二导流板123的第二导流孔进入三相混合反应器20，与气态氧化剂进气口24进入的气态氧化剂充分混合以进行反应；三相混合反应器20处理后的混合物通过第二管道23再次由磁力催化反应器10的顶部进入磁力催化反应器10再次处理，如此循环反复，直至泥水达标为止。

其中，直接进入磁力催化反应器10内的土壤，含有一定量的杯污染的地下水，进入磁力催化反应器10内反应；如土壤中水分很小，需要额外加入一定量的地下水或者洁净水。

处理后的洁净水部分回用于前端搅拌洗涤器等环节，其余回注地下水或排入临时储水池。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种土壤污染处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

将土壤或土壤与水的混合物同时通过包含预设强度的磁场和活性催化剂的磁力催化反应器，以将土壤中的水进行活化，快速分散洗脱土壤及土壤中的地下水中的污染物，并将大分子有机物氧化或还原成小分子有机物；

将土壤与水的混合物置于三相混合反应器，三相混合反应器充入气态氧化剂，土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应。

2.根据权利要求2所述的土壤污染处理方法，其特征在于：所述步骤：将土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应，反应后产生的泥水混合物再次通过预设强度的磁场和活性催化剂进行反应，多次反应完成后泥水混合物排出。

3.根据权利要求2所述的土壤污染处理方法，其特征在于：所述步骤：将土壤与水的混合物与气态氧化剂充分混合以进行反应，具体是：将土壤与水的混合物与气态氧化剂及氧化剂或还原剂充分混合以进行反应；所述的水为洁净水或者未经处理的地下水。

4.一种土壤污染处理装置，其特征在于，包括:

磁力催化反应器，所述磁力催化反应器包括外壳、安装于所述外壳内的磁化部件与活性催化部件，所述外壳的上端设置第一导流板，所述外壳的下端设置第二导流板，所述磁化部件与所述活性催化部件垂直安装于所述第一导流板与所述第二导流板之间，所述磁化部件与所述活性催化部件间隔交错设置，以在所述磁化部件与所述活性催化部件之间形成空隙；

三相混合反应器，所述三相混合反应器包括第一管道及通过提升泵连通所述第一管道的第二管道，所述第一管道一路连通所述磁力催化反应器的底部，所述第二管道连通所述磁力催化反应器的顶部；所述第一管道的顶部设有气态氧化剂进气口。

5.根据权利要求4所述的土壤污染处理装置，其特征在于：所述磁化部件为磁化棒，每一所述磁化棒的磁感应强度为100mT-2000mT。

6.根据权利要求4所述的土壤污染处理装置，其特征在于：所述活性催化部件为由筛网封装的负载活性催化剂的填料袋,或者所述活性催化部件为表面涂覆活性催化剂的金属或非金属材料；所述活性催化剂为天然矿物材料，所述天然矿物材料为Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素及Al、Mg、Co、Mn、Fe、Mo、稀土元素的金属氧化物中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的土壤污染处理装置，其特征在于：所述磁化部件与所述活性催化部件安装在一负载部件内，所述负载部件可拆卸地安装于所述外壳内；所述第一导流板与所述第二导流板分别安装于所述外壳内对应所述负载部件的两端位置。

8.根据权利要求4所述的土壤污染处理装置，其特征在于：所述第一管道的顶部设有氧化剂或还原剂加料口。

9.根据权利要求4所述的土壤污染处理装置，其特征在于：所述第一管道的底部设有地下水进水口。

10.一种土壤污染处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供土壤污染处理装置，所述土壤污染处理装置包括：

磁力催化反应器，所述磁力催化反应器包括外壳、安装于所述外壳内的磁化部件与活性催化部件，所述外壳的顶部设置第一导流板，所述外壳的底部设置第二导流板，所述磁化部件与所述活性催化部件垂直安装于所述第一导流板与所述第二导流板之间，所述磁化部件与所述活性催化部件间隔交错设置，以在所述磁化部件与所述活性催化部件之间形成空隙；

三相混合反应器，所述三相混合反应器包括第一管道及通过提升泵连通所述第一管道的第二管道，所述第一管道一路连通所述磁力催化反应器的底部，所述第二管道连通所述磁力催化反应器的顶部；所述第一管道的顶部设有气态氧化剂进气口；

将土壤与水的混合物同时通过所述外壳的顶部投入所述磁力催化反应器，所述土壤或土壤与水的混合物通过所述第一导流板进入所述磁化部件与所述活性催化部件之间的空隙，所述磁化部件将土壤中的水进行活化，所述活性催化部件快速分散洗脱土壤及土壤中的地下水中的污染物，并将大分子有机物氧化或还原成小分子有机物；

处理后的土壤与水的混合物进入所述三相混合反应器，与所述气态氧化剂进气口进入的气态氧化剂充分混合以进行反应。