CN109967517A - 一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的方法与装置。该处理装置包括土壤修复装置壳体、放电等离子体电极系统、土淋器、降速均流网、储土箱。放电等离子体电极系统安装在土壤修复装置壳体内中部，其上方安装土壤颗粒的降速均流网，用于降低土壤颗粒从上方下落的速度。土壤修复装置壳体底部设有储土箱。土淋器设于土壤修复装置壳体上端，用于使土壤颗粒产生均匀粒径均一、截面分布均匀的土淋，土淋在重力作用下通过降速均流网进入放电等离子体电极系统后沉积在储土箱内。本发明设备占地空间小、成本低，有利于活性物质输送到土壤颗粒孔隙中，实现高效快速修复土壤，且可实现连续规模化的修复土壤，放电等离子体。

Description

一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的方法与装置

技术领域

本发明属于化工厂、农药杀虫剂生产厂、电化厂、炼油厂、煤气厂、沥青加工厂等相关企业搬迁后污染场地土壤修复领域，涉及土壤修复方法，尤其涉及一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的方法与装置。

背景技术

随着经济的快速发展，人民生活质量不断的提高，城市扩大化趋势越加明显，为此城市中的化工厂及其使用化学品的企业需要搬迁，但是这些企业在生产过程中会产生化学品及其原料遗漏到土壤中，造成了企业周围的场地污染，必须进行土壤修复方可实现企业搬迁地的功能化利用。化工厂场地污染是有机污染。有机物污染土壤修复方法可以分为物理修复方法、化学修复方法和生物修复方法等，使土壤中的污染物降低到可以接受的程度，或者是将有害的污染物转变无害的物质。

大气压放电等离子体技术是在电极之间施加高电压、形成强电场，诱导电极间媒质(气体、液体或固体)击穿放电，产生高能电子，通过高能电子与中性分子(如氧分子、氮分子、水分子等)碰撞，诱发这些被碰撞分子产生电离、激发或带电，进而发生链式化学反应，生成一些化学反应活性强的物质(·OH、·H、·O、O₃等)，并伴随高温热解、紫外辐射、冲击波等物理效应，利用这些活性物质和物理效应作用于媒质中有机污染物，使发生裂解断键或电子转移的氧化还原反应，通过放电等离子体自身作用或者与其它方法联合，最终矿化为CO₂、H₂O或其它无毒有机物质。

对比文件1【介质阻挡放电与脉冲电晕放电修复芘污染的对比研究，牟睿文，刘亚男，李睿，环境工程学报，2017，11(4)：2505-2511】介绍了板式介质阻挡放电等离子体和针-板式脉冲电晕等离子体修复芘污染土壤的研究，结果是不论何种放电等离子体形式，放电处理60分钟(min)，芘的降解效率均达到约60％。对比文件2【针-板式介质阻挡放电降解土壤中对硝基苯酚研究，鲁娜，张雪，李杰，王铁成，娄静，吴彦，环境科学与技术，2012,35(10)：50-52】介绍了针-板式介质阻挡放电等离子体修复对硝基酚污染的土壤，结果是在对硝基酚初始浓度400mg/kg，放电电压18kV，放电处理60min，对硝基酚降解效率达到87.3％。对比文件3【脉冲放电等离子体去除土壤中对硝基酚的研究，周广顺，江苏大学专业硕士学位论文，2017年5月27日】介绍了针-网脉冲放电等离子体系统修复对硝基酚污染土壤的研究，结果是对硝基酚初始浓度100mg/kg，氧气注入流量2L/min，放电电压18kV，处理时间60min，对硝基酚降解效率达到90％以上。上述三个对比文件中土壤都是静置于低压电极，放电等离子体产生的活性物质均是通过扩散进入土层，再进入土壤颗粒的微孔中与污染物发生反应，实现土壤中污染物降解的。但是由于土壤颗粒较小，堆积后颗粒间距小，活性物质难以扩散进入深层土壤参与降解污染物的反应，因此上述对比文件中放电等离子体处理土壤厚度有限。这样的话，如果采用对比文件中描述的放电等离子体方法修复多量土壤的话，势必要增加放电等离子体结构系统的尺寸，增加放电等离子体设备成本，同时也导致附属设备(如电源等)成本增加。

发明内容

本发明是针对被修复土壤平铺放置于放电等离子体的低压电极处，若是堆积厚度大的话，放电等离子体产生的活性物质难以扩散到深层土壤，活性物质传质效果不好，进而导致深层土壤修复效低的问题，提出一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的方法与装置，即是一种土壤颗粒类似土雨方式淋入放电等离子体区域，放电等离子体产生的活性物质将包围于土壤颗粒，并从土壤颗粒周围扩散进入到土壤颗粒孔隙中，提高活性物质的传质效果，进而高效修复污染土壤。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的方法，被修复土壤以颗粒形式从高处落下并在重力作用下淋入放电等离子体系统2的放电等离子体区域，与放电等离子体产生的活性物质接触并发生物理化学反应，使土壤中的有机污染物得到降解或矿化处理，降低污染土壤毒性水平。

放电等离子体系统2中放电等离子体产生氧化性极强的·OH、·H、·O、O₃、H₂O₂、离子等活性粒子，并伴随高温热解、紫外辐射、冲击波等效应，在物理化学效应的作用下，活性物质从土壤颗粒周围扩散传质进入土壤颗粒孔隙中，并与土壤中有机污染物反应，将毒性有机污染物转变成水、二氧化碳或者低毒性易被其它修复方法处理的小分子有机物。

一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的装置，包括土壤修复装置壳体1、放电等离子体电极系统2、土淋器3、降速均流网5、储土箱6。

所述的放电等离子体电极系统2安装在土壤修复装置壳体1内中部，放电等离子体系统2上方安装土壤颗粒的降速均流网5，降速均流网5用于降低土壤颗粒从上方下落的速度，延长土壤颗粒经过放电等离子体区域的停留时间，同时实现土淋4落下的均匀性。所述的储土箱6设于土壤修复装置壳体1底部。所述的土淋器3设于土壤修复装置壳体1上端，用于使土壤颗粒产生均匀粒径均一、截面分布均匀的土淋4，土淋4在重力作用下通过降速均流网5降速均流后进入放电等离子体电极系统2的放电等离子体区域，再沉积在储土箱6内。通过调节土淋器3和放电等离子体系统2的尺寸大小，调节放电等离子体修复土壤规模。

所述的放电等离子体系统2可以是介质阻挡放电等离子体形式的结构系统，也可以是电晕流光放电等离子体形式的结构系统。当放电等离子体系统2是介质阻挡放电等离子体形式的结构系统时：介质阻挡放电等离子体可以是杆-杆式单(双)介质阻挡放电等离子体，也可以是板-板式单(双)介质阻挡放电等离子体，也可以是同轴圆筒单(双)介质阻挡放电等离子体，也可以是针-板式介质阻挡放电等离子体等形式的结构系统。当放电等离子体系统2是电晕流光放电等离子体形式的结构系统时：电晕流光放电等离子体可以是线-板(筒)式电晕流光放电等离子体，也可以是芒刺-板(筒)式电晕流光放电等离子体，也可以是线(芒刺)-线(芒刺)式电晕流光放电等离子体等形式的结构系统。

进一步的，所述的土壤修复装置壳体内部还可以设有一个进气管网11，进气管网11设于放电等离子体系统2下方、储土箱6上方，用于从下至上鼓入气体，鼓入的气体可以是空气、氧气或富氧气体，也可以是含一定量水分子的气体。利用进气管网11鼓入气体形成一个上升气流，且使上升气流对土壤颗粒产生的浮力小于土壤颗粒的重力，降低土壤颗粒通过放电等离子体区域速度，增加土壤颗粒在放电等离子体区域的停留时间，提高放电等离子体修复土壤的效果。

进一步的，还可以调节进气管网11鼓入气体成分，增加有益于放电等离子体修复土壤的活性物质(如·OH、·O、O₃、H₂O₂)产生量，提高放电等离子体修复土壤的效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明有利于土壤颗粒受到放电等离子体作用，有利于活性物质输送到土壤颗粒孔隙中，实现高效快速修复土壤，且可实现连续规模化的修复土壤，放电等离子体设备占地空间小，设备成本低。

附图说明

图1是土淋放电等离子体修复有机污染土壤的装置的示意图；

图2是杆-杆式单介质阻挡放电等离子体结构系统的示意图；

图中：1土壤修复装置壳体；2放电等离子体系统；3土淋器；4土淋；5降速均流网；6储土箱；7低压电极；8高压电极；9绝缘介质；10导线；11进气管网。

具体实施方式

如图1所示，一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的装置的实施例，是将放电等离子体电极系统2安装在土壤修复装置壳体1内部，在放电等离子体系统2上端安放土壤颗粒降速均流网5，土淋器3安放在土壤修复装置壳体1的上端，使土壤颗粒产生均匀粒径均一、截面分布均匀的土淋4，土淋4通过降速均流网5降速后进入放电等离子体系统2后沉积在储土箱6内。其中，壳体1内尺寸为200mm*100mm*600mm、厚度10mm的有机玻璃箱体，壳体1上端开口尺寸为150mm*80mm，土淋器3产生的土淋从此开口进入壳体1里，壳体1下端开一个尺寸为190mm*95mm的门，用于取出储土箱6；放电等离子体系统2的尺寸是200mm*100mm*100mm，安放在壳体1中间位置；降速均流网5是网孔尺寸为5mm*5mm、线径1.5mm的不锈钢网，安放在放电等离子体系统2上方的50mm处；储土箱6位于壳体1的下端，尺寸为180mm*90mm*90mm，是用1.5mm不锈钢板制成；土淋器3采用震动筛，震动筛的孔径根据修复土壤颗粒直径调节。

本实施例的放电等离子体系统2是杆-杆式单介质阻挡放电等离子体结构系统，是由高压电极7、低压电极8和绝缘介质9组成的阵列式结构，高压电极7是被绝缘介质9同轴且紧密的包裹着，其中绝缘介质9是内径3mm、外径5mm的石英玻璃管，高压电极7是填充于石英玻璃管内部的金属粉，填充长度为20cm，低压电极8是直径为5mm的不锈钢杆，将制备好的绝缘介质9(内部是高压电极7)和低压电极8按照一定排列方式安装在绝缘框架上，相邻低压电极8和绝缘介质9之间距离为3mm，通过导线10将所有的高压电极7连接在一起后作为放电等离子体系统2的高压端，通过导线10将所有的高压电极8连接在一起后作为放电等离子体系统2的低压端，分别与交流高压电源的高压端和低压端连接，另外低压端与地极相连。降速均流网5是网孔尺寸为5mm*5mm、线径1.5mm的不锈钢网，安放在放电等离子体系统2上方的50mm处。开启和升高交流高压电源，升高交流高压电源的输出电压，在低压电极8和绝缘介质9之间产生放电，放电等离子体的方向是水平方向，是与土淋方向(竖直方向)是交叉的，也就是说土壤颗粒是垂直穿过放电等离子体区域的，受到放电等离子体作用的。通过调整放电等离子体区域的高度，调节土壤颗粒单次通过放电等离子体区时间，即单次处理时间，进而获得单次修复土壤的效果，通过增加土壤颗粒修复次数，增加土壤修复效果。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，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，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的方法，其特征在于，被修复土壤以颗粒形式从高处落下并在重力作用下淋入放电等离子体电极系统(2)的放电等离子体区域，与放电等离子体产生的活性物质接触并发生物理化学反应，使土壤中的有机污染物得到降解或矿化处理，降低污染土壤毒性水平。

2.一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述的装置包括土壤修复装置壳体(1)、放电等离子体电极系统(2)、土淋器(3)、降速均流网(5)、储土箱(6)；

所述的放电等离子体电极系统(2)安装在土壤修复装置壳体(1)内中部，放电等离子体电极系统(2)上方安装土壤颗粒的降速均流网(5)，降速均流网(5)用于降低土壤颗粒从上方下落的速度，延长土壤颗粒经过放电等离子体区域的停留时间，同时实现土淋(4)落下的均匀性；所述的储土箱(6)设于土壤修复装置壳体(1)底部；所述的土淋器(3)设于土壤修复装置壳体(1)上端，用于使土壤颗粒产生均匀粒径均一、截面分布均匀的土淋(4)，土淋(4)在重力作用下通过降速均流网(5)降速均流后进入放电等离子体电极系统(2)的放电等离子体区域，再沉积在储土箱(6)内；通过调节土淋器(3)和放电等离子体电极系统(2)的尺寸大小，调节放电等离子体修复土壤规模。

3.根据权利要求2所述的一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述的土壤修复装置壳体内部还可以设有一个进气管网(11)，进气管网(11)设于放电等离子体电极系统(2)下方、储土箱(6)上方，用于从下至上鼓入气体，形成上升气流，且上升气流对土壤颗粒产生的浮力小于土壤颗粒的重力，降低土壤颗粒通过放电等离子体区域速度。

4.根据权利要求3所述的一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述的进气管网(11)鼓入的气体可以是空气、氧气或富氧气体，也可以是含水分子的气体；通过调节进气管网(11)鼓入气体成分，增加有益于放电等离子体修复土壤的活性物质产生量，提高放电等离子体修复土壤的效果。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述的放电等离子体电极系统(2)可以是介质阻挡放电等离子体形式的结构系统，也可以是电晕流光放电等离子体形式的结构系统。