CN205659981U - 一种有机污染土壤的修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有机污染土壤的修复装置，可利用过碳酸钠氧化联合生物异位修复高浓度有机污染土壤，包括用于装填污染土壤的修复室，所述修复室与加热室紧贴设置，所述加热室内充填加热介质，通过加热介质的热量调节修复室内温度；所述修复室内设有通风系统、喷淋系统和渗沥液收集系统，并通过设置若干传感器或检测探头对修复室内温度、气体含量进行检测，并与控制器的输入端通过信号连接，所述控制器输出端与通风系统、喷淋系统以及加热室的加热系统电连接。本实用新型同一设备中实现物化法和生物法复合修复污染土壤，具有效率高、周期短、成本低，无二次污染的优点，可以在污染土壤治理领域推广应用。

Description

一种有机污染土壤的修复装置

技术领域

本实用新型涉及一种有机污染土壤的修复装置，可利用过碳酸钠氧化联合生物异位修复高浓度有机污染土壤，属于污染土壤修复技术领域。

背景技术

土壤作为重要的环境介质，不仅在系统内进行物质和能量循环，而且与大气、水体和生物之间也不断进行物质和能量交换。工业化以来，土壤在社会经济快速发展伴生的环境问题中已成为污染物的主要聚集地，受各种有机污染物(如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、邻苯二甲酸酯(PAEs)等)污染的土壤面积日益增大，大多数有机污染物为4环以上，具有致癌作用，且对农产品和人体健康的危害已开始显露，严重威胁人体健康和环境安全，因此对有机污染土壤进行修复已迫在眉睫。

目前，针对有机污染场地土壤的修复方法主要有物理修复、化学修复、生物修复和复合修复等方法。对于高浓度有机物污染的土壤(行业内通常是指污染物在土壤中的浓度达到1500mg/kg以上)，由于土壤中有机污染物的浓度大大增加，土壤的通透性以及对于微生物生长所须的养分发生了较大的变化，这使得生物修复受到了很大的限制。因此，国内外目前处理高浓度有机物污染土壤的手段多为复合修复，即前期以物化法处理高浓度有机物污染土壤，使污染物浓度降低到可进行生物修复的范围，后期再以生物修复的手段处理前期物化法修复后的土壤，使其恢复生态功能。

生物异位修复技术具有消耗少、效果好、成本低、反应条件温和、无二次污染等显著优点。但是微生物降解有机物速度缓慢，而过碳酸钠氧化等化学修复技术具有氧化反应强度大，时间短，且效果明显等优点，但成本相对较高，因此联合臭氧、生物异位修复技术处理高浓度有机污染土壤能够充分发挥各自优势，具有非常重大的应用价值。但是由于不同的修复方法需要的条件各部相同，因此不同的土壤修复方法都只能采用相对应的设备进行，采用复合修复土壤的方法，则需要在不同修复过程中进行转运，造成修复操作步骤多，人工劳动强度大。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：针对现有的生物修复土壤的技术存在的缺陷，提供一种有机污染土壤的修复装置，可进行过碳酸钠结合生物异位修复技术，高效、周期短、成本低、修复土壤符合标准的修复高浓度有机污染土壤。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种有机污染土壤的修复装置，包括用于装填污染土壤的修复室1，

所述修复室1与加热室2紧贴设置，所述加热室2内充填加热介质，通过加热介质的热量调节修复室内温度；

所述修复室1内设有通风系统、喷淋系统和渗沥液收集系统，并通过设置若干传感器或检测探头对修复室内温度、气体含量进行检测，并与控制器16的输入端通过信号连接，所述控制器输出端与通风系统、喷淋系统以及加热室的加热系统电连接。

进一步的，所述加热室2包覆设置在修复室1的外壁。

进一步的，所述加热室2内设有加热部件对加热介质进行加热。

进一步的，所述加热部件为电加热器5，所述电加热器5浸设在加热介质中，并与外部的电源电连接。

进一步的，所述电源包括光伏组件15和蓄电池17，所述光伏组件15通过控制器16连接至蓄电池17，所述蓄电池对控制器供电的同时，还通过逆变器18与电加热器5连接。

优选的，所述加热介质为水或油。

进一步的，所述通风系统包括曝气管4和空气压缩机19，所述曝气管4设置在修复室底部，通过管路与外部设置的空气压缩机19连接，在管路上设有止回阀20。

进一步的，所述修复室1的顶部还设有排气口9，所述排气口9通过管路连接至外部设置的风机10和过滤吸附器11。

进一步的，所述喷淋系统包括营养液添加组件14和若干喷头8，所述喷头8设置在修复室顶部，通过管路与外部设置的营养液添加组件14连接；所述营养液添加组件包括营养液容器和输送泵。

进一步的，所述渗沥液收集系统包括渗沥液收集槽3、渗沥液收集管12和渗沥液收集器13；所述修复室1底面倾斜设置，所述渗沥液收集槽3布置在修复室底部的最低处，所述渗沥液收集管12一端布置在渗沥液收集槽3中，另一端延伸至外部与渗沥液收集器13连通，通过负压抽吸收集修复过程产生的渗沥液。

相对现有技术，本实用新型的技术方案具有如下有益技术效果：

本实用新型实现物化法和生物法修复污染土壤在同一设备中进行，以过碳酸钠氧化技术和生物异位修复技术相结合为例，过碳酸钠氧化技术和生物异位修复技术的优势协同增强，优点和缺点互补。采用单一的过碳酸钠氧化虽然时间短、效率高，但是相应成本也高，而采用单一的微生物降解，虽然成本低、无二次污染，但是其降解效率低，周期长。在本实用新型的装置中，充分利用过碳酸钠在太阳能加热水提供的热量作用下分解产生过氧化氢，并以亲核的过氧阴离子(HO₂-)存在，能快速氧化有机污染物，实现土壤难降解有机污染物的快速降解，然后可通过喷淋系统、通风系统协同，进行生物法进一步高效降解污染土壤中的污染物，不需要设置两套修复设备，避免了转移土壤的步骤，提高了土壤修复的效率。

综上所述，本实用新型的技术方案，具有效率高、周期短、成本低，无二次污染的优点，可以推广应用。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的有机污染土壤的修复装置的结构示意图。

图中标号：1-修复室、2-加热室，3-渗沥液收集槽，4-曝气管，5-电加热器，6-温度传感器，7-气体在线监测探头，8-喷头，9-排气口，10-风机，11-过滤吸附器，12-渗沥液收集管，13-渗沥液收集器，14-营养液添加组件，15-光伏组件，16-控制器，17-蓄电池，18-逆变器，19-空气压缩机，20-止回阀。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的高浓度有机污染土壤的修复装置为本实用新型的优选实施方式，具体包括修复室1、加热室2、通风系统、喷淋系统、渗滤液收集系统以及控制器16等部件。其中修复室1的顶部可打开，用于装填污染土壤。加热室2与修复室1紧贴设置，在加热室2内填充有加热介质，通过对加热介质进行加热，将加热介质的热量传导至修复室中，可对调节修复室内的温度，以便调整物化法修复和生物修复需要的不同温度。

在本实施例中，加热室2为一凹槽形，具有装填加热介质的中空夹层，修复室1嵌装在加热室的凹槽中，其除开顶部的外壁均与加热室的中空夹层接触。

在加热室的加热介质中浸设电加热器5，通过电加热器5作为加热部件对加热介质进行加热。在实际应用中，也可考虑采用外部热源对加热室中的加热介质进行加热，本实施例不做赘述。

如图1所示，电加热器5采用加热管，与加热室外部设置的电源连接实现供电。本实施例的电源包括光伏组件15和蓄电池17，光伏组件15将太阳能转化为电能，光伏组件15通过控制器16连接至蓄电池17，将电能进行存储，蓄电池17对控制器供电的同时，还通过逆变器18与电加热器5连接，通过逆变器将蓄电池中的直流电转换成交流电供电加热器工作。控制器16可针对修复室中的温度实时调整电加热器的加热功率，保持修复室中的恒定温度。

本实施例中的加热介质采用水，还可根据实际应用过程采用加热油等加热介质。

通风系统、喷淋系统和渗沥液收集系统设置在修复室1中，分别用于生物法需求的氧气、营养液等供求，并通过设置若干传感器或检测探头对修复室内温度、气体含量进行检测，主要包括温度传感器6和气体在线检测探头7，温度传感器6和气体在线检测探头7与控制器16的输入端通过信号连接，将检测到的温度、气体含量的电信号实时传送至控制器，通过控制器针对该信号的分析，控制器输出端与通风系统、喷淋系统以及加热室的加热系统电连接，保持修复室内的温度及气体含量保持在不同修复方法要求的范围内，实现自动监控。有关于控制器对温度、气体含量等信息的控制原理，属于控制自动化领域常规技术手段，本实施例仅针对将该控制技术应用于污染土壤修复过程中，对于控制器的选取和自动控制方案，本领域技术人员可根据实际的要求进行选配，在此不做赘述。

具体的，通风系统包括曝气管4和空气压缩机19，曝气管4设置在修复室底部，通过管路与外部设置的空气压缩机19连接，在管路上设有止回阀20。在修复室1的顶部还设有排气口9，排气口9通过管路连接至外部设置的风机10和过滤吸附器11，生物菌种在修复土壤过程中产生的CO₂等废气通过排气口排出，并通过活性炭吸附废气中的有害颗粒，避免二次污染空气。本实施例中的修复室1长1.4米，宽1米，高0.7米，修复室底面具有2％～5％的坡度。通气系统的曝气管4在修复室底部共设置3排，每排分别由一根主管连接三根次曝气管，主曝气管长1m，间隔0.3m，次曝气管长0.2m，间隔0.4m，主曝气管内径为8cm，曝气孔孔径为3mm，曝气孔密度为80个/米。次曝气管直径为3cm，曝气孔孔径为2mm，曝气孔密度为80个/米。三根主曝气管与总通气管相连，总通气管与空气压缩机相连。

喷淋系统包括营养液添加组件14和若干喷头8，喷头8设置在修复室顶部，通过管路与外部设置的营养液添加组件14连接；营养液添加组件包括营养液容器和输送泵，营养液容器用于调配储存营养液，通过输送泵将营养液容器中的营养液输送至喷头喷洒。

渗沥液收集系统包括渗沥液收集槽3、渗沥液收集管12和渗沥液收集器13；修复室1底面倾斜设置，渗沥液收集槽3布置在修复室底部的最低处，渗沥液收集管12一端布置在渗沥液收集槽3中，另一端延伸至外部与渗沥液收集器13连通，通过负压抽吸收集修复过程产生的渗沥液，避免渗沥液在修复室底部形成积液。

以下通过上述修复装置采用过碳酸钠氧化联合生物异位修复高浓度有机污染土壤的详细实施例进行说明。以下实施例旨在进一步说明本实用新型内容，而不是限制本实用新型权利要求的保护范围。

过碳酸钠是一种由碳酸钠和过氧化氢以氢键形成的复合物，无味、无毒，在水溶液中易水解，自发的释放H₂O₂，并以亲核的过氧阴离子(HO₂-)形式存在，能氧化有机物中的C＝C，R-COO-R、苯环等官能团，使有机物降解。过碳酸钠以固体形式携带20～30％的H₂O₂，比液态H₂O₂更稳定，更便于储存与运输。过碳酸钠溶于水后具有Fenton作用，且由于其pH的适用范围更广，所以对大量有机污染物具有降解作用。过碳酸钠氧化后生成的碳酸钠与水残留于土壤和地下水中并不会产生污染，被称为“绿色氧化剂”。

实施例1

污染土壤取自某焦化厂搬迁场地，污染以多环芳烃为主，经检测，污染土壤中菲、萘、苊、芘的浓度分别为2367.5mg/kg、2582.9mg/kg、2498.4mg/kg、2518.8mg/kg。

(1)将污染土壤破碎过孔径为4mm筛网，去除大块砾石；

(2)在污染土壤加入质量分数为2％的木屑和3％的菇渣，菇渣和木屑过孔径为4mm的筛网，混合均匀；

(3)配制质量浓度为30％的过碳酸钠溶液；

(4)将过碳酸钠溶液按照质量比为1:3的比例加入到有机污染土壤中，充分混合，搅拌均匀；

(5)将混合料堆置于修复室中，通过控制加热室中的电加热器使修复室中的温度保持在80℃，持续反应8h后取样检测各有机物浓度，其中加热室的电加热器利用太阳能发电加热水循环来维持反应所需温度，同时通过在线监测的传感器及探头配合通气系统、喷淋系统保持修复室内的反应条件；

(6)向修复室中的堆体喷洒30g/L的生物表面活性剂(β-环糊精溶液)，β-环糊精溶液与污染土壤的质量比为0.1：1；

(7)加入从污染土壤提取并扩大培养的土著菌液，使土壤中细菌的数量为1.5*10⁹cfu/kg。

(8)通过喷淋系统向土壤中喷洒含有C、N、P元素的肥料，通过pH及养分和水分含量的监控，调整微生物的生长及代谢环境，保持土壤温度为30～40℃，pH为7.5，含水率为53％，C:N:P为105:11:1。

(9)通过通气系统的曝气管对土壤进行间歇曝气，每天曝气4次，每次曝气3h，空气流速为1.2m³/h。

(10)通过加热室内的电加热器控制堆体温度从开始上升至温度下降至温度稳定为一个堆体运行周期，每一个堆体运行周期完毕后，取样检测目标污染物的浓度。

通过监测发现，堆体的运行周期为14天，取3个不同位置的样品检测土壤各有机污染物浓度，检测结果如表1所示。

表1：各有机物检测分析

由表1可知，经过碳酸钠氧化8h后，各有机污染物的去除率在47.4％～59.2％之间，而再经过生物堆反应一个周期之后去除率达到70％以上，经过两个反应周期之后，各有机污染物去除率上升至86.1％以上，最高去除率达到91.8％，经过三个反应周期之后，污染物浓度降低速度开始变缓，基本趋向稳定，最高去除率为95.5％。

实施例2

污染土壤取自苯酚污染场地，经检测，污染土壤中苯酚浓度为1815.6mg/kg。

(1)将污染土壤破碎过孔径为4mm筛网，去除大块砾石；

(2)在污染土壤加入质量分数为2％的木屑和3％的菇渣，菇渣和木屑过孔径为4mm的筛网，混合均匀；

(3)配制质量浓度为30％的过碳酸钠溶液；

(4)将过碳酸钠溶液按照质量比为1:3的比例加入到有机污染土壤中，充分混合，搅拌均匀；

(5)将混合料堆置于修复室中，通过控制加热室中的电加热器使修复室中的温度保持在80℃，持续反应10h后取样检测各有机物浓度，其中加热室的电加热器利用太阳能发电加热水循环来维持反应所需温度，同时通过在线监测的传感器及探头配合通气系统、喷淋系统保持修复室内的反应条件；

(6)向修复室中的堆体喷洒30g/L的生物表面活性剂(β-环糊精溶液)，β-环糊精溶液与污染土壤的质量比为0.1：1；

(7)加入从污染土壤提取并扩大培养的土著菌液，使土壤中细菌的数量为1.8*10⁹cfu/kg。

(8)通过营养添加系统向土壤中喷洒含有C、N、P元素的肥料，通过pH及养分和水分含量的监控，调整微生物的生长及代谢环境，通过加热室保持土壤温度为30～40℃，pH为7.0，含水率为54％，C:N:P为108:13:1。

(9)通过通气系统中的曝气管对土壤进行间歇曝气，每天曝气4次，每次曝气3h，空气流速为1.2m³/h。

(10)通过加热室内的电加热器控制堆体温度从开始上升至温度下降至温度稳定为一个堆体运行周期，每一个堆体运行周期完毕后，取样检测目标污染物的浓度。

通过监测发现，堆体的运行周期为12天，取3个不同位置的样品检测土壤有机污染物浓度。经检测1、2、3号位置初始浓度分别为1815.6mg/kg、1816.4mg/kg、1815.9mg/kg。经过过碳酸钠氧化10h后苯酚的去除率达到60％以上，生物堆反应第1个周期后苯酚的去除率达到80％以上，反应第2周期后去除率达到90％以上，反应第3个周期后趋向稳定，苯酚的最高去除率达到95.3％，如表2所示。

表2：苯酚检测分析

上述两个实施例中，采用碳酸钠氧化修复和生物异位修复均在修复室中进行，通过加热室可对两个修复过程需要的不同温度进行适应调整，同时可通过若干传感器和探头连接控制器，通过通气系统、喷淋系统等实现不同修复方法要求的反应条件，有效结合了两种修复方法的优点，减少了复合修复污染土壤的步骤，提高了修复效率。

Claims (10)

1.一种有机污染土壤的修复装置，包括用于装填污染土壤的修复室(1)，其特征在于：

所述修复室(1)与加热室(2)紧贴设置，所述加热室(2)内充填加热介质，通过加热介质的热量调节修复室内温度；

所述修复室(1)内设有通风系统、喷淋系统和渗沥液收集系统，并通过设置若干传感器或检测探头对修复室内温度、气体含量进行检测，并与控制器(16)的输入端通过信号连接，所述控制器输出端与通风系统、喷淋系统以及加热室的加热系统电连接。

2.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤的修复装置，其特征在于，所述加热室(2)包覆设置在修复室(1)的外壁。

3.根据权利要求2所述的一种有机污染土壤的修复装置，其特征在于，所述加热室(2)内设有加热部件对加热介质进行加热。

4.根据权利要求3所述的一种有机污染土壤的修复装置，其特征在于，所述加热部件为电加热器(5)，所述电加热器(5)浸设在加热介质中，并与外部的电源电连接。

5.根据权利要求4所述的一种有机污染土壤的修复装置，其特征在于，所述电源包括光伏组件(15)和蓄电池(17)，所述光伏组件(15)通过控制器(16)连接至蓄电池(17)，所述蓄电池对控制器供电的同时，还通过逆变器(18)与电加热器(5)连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种有机污染土壤的修复装置，其特征在于，所述加热介质为水或油。

7.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤的修复装置，其特征在于，所述通风系统包括曝气管(4)和空气压缩机(19)，所述曝气管(4)设置在修复室底部，通过管路与外部设置的空气压缩机(19)连接，在管路上设有止回阀(20)。

8.根据权利要求7所述的一种有机污染土壤的修复装置，其特征在于，所述修复室(1)的顶部还设有排气口(9)，所述排气口(9)通过管路连接至外部设置的风机(10)和过滤吸附器(11)。

9.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤的修复装置，其特征在于，所述喷淋系统包括营养液添加组件(14)和若干喷头(8)，所述喷头(8)设置在修复室顶部，通过管路与外部设置的营养液添加组件(14)连接；

所述营养液添加组件包括营养液容器和输送泵。

10.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤的修复装置，其特征在于，所述渗沥液收集系统包括渗沥液收集槽(3)、渗沥液收集管(12)和渗沥液收集器(13)；

所述修复室(1)底面倾斜设置，所述渗沥液收集槽(3)布置在修复室底部的最低处，所述渗沥液收集管(12)一端布置在渗沥液收集槽(3)中，另一端延伸至外部与渗沥液收集器(13)连通，通过负压抽吸收集修复过程产生的渗沥液。