CN220216216U - 一种复合污染土壤的智能修复系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种复合污染土壤的智能修复系统，涉及土壤修复技术领域，该修复系统包括传送带、水力筛分机、泥浆罐、淋洗反应罐、板框压滤机、微波反应器、废气处理装置。本实用新型通过泥浆罐、淋洗反应罐、板框压滤机可以降低污染土壤中重金属浓度，通过微波反应器可以降解污染土壤中的有机物，利用废气处理装置的VOCS检测仪来监测废气处理及达标排放。本实用新型的修复系统能同时修复重金属污染和有机物污染土壤，处理效果良好，性能稳定、污染土壤修复效率高、可有效地降低了土壤中重金属和有机物浓度、具有很好的经济效益和广泛的社会效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及土壤修复技术领域，具体为一种重金属及有机物复合污染土壤进行修复的修复系统。
背景技术
随着工业化生产的发展以及城市化速度的加快，土壤承载着大量的工业生产和人类生活活动，过程中产生的废水、固废和废气等污染物通过直接和间接的方式进入土壤中，造成土壤污染。常见的土壤污染最主要有重金属污染和有机物污染。
现有的重金属污染土壤修复措施包括化学法、农业生态修复、微生物法、动物修复法和植物修复法。其中，化学法包括淋洗、施用改良剂等方法，施用改良剂虽然能起到降低土壤中污染物毒性的作用，但是重金属未从土壤中去除，其会随着改良剂效用减低而重新溶出，造成二次污染。农业生态修复主要使通过调节土壤水分、pH值、阳离子代换量、碳酸钙和氧化还原状况等因素，降低污染物的生物有效性，以减弱重金属对植物的毒害作用，虽然重金属形态发生了改变，但仍存在土壤中，容易再度活化，对生物产生危害。微生物修复包括生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物累积和外排作用。主要是利用土壤中的某些低等动物如蚯蚓进行重金属污染修复，但大部分工作仍停留在研究阶段，且因受低等动物生长环境等因素制约，无法投入实际修复应用中。植物修复法对土壤性质影响较小，但其运行周期长，工作量大，会降低土壤的流转效率。有机物污染土壤常用的修复方式主要是化学氧化法，利用氧化剂的强氧化性将有机物转化为小分子有机物，或者直接矿化为无机物，从而降低其毒性。
比如，公开号为CN104646406A的中国专利《一种环境友好的快速治理土壤重金属污染净化系统》公开了了一种环境友好的快速治理土壤重金属污染净化系统。该系统包括筛网可换滚筒筛、水力旋流器、淋洗搅拌罐、反应池、沉淀池、调节池反应区、调节池储存区和板框压滤机；所述筛网可换滚筒筛、水力旋流器、淋洗搅拌罐、反应池、沉淀池、调节池反应区、调节池储存区是顺次连接；所述调节池储存区与淋洗搅拌罐连接；所述反应池和沉淀池分别与板框压滤机连接；所述水力旋流器与筛网可换滚筒筛之间设置回流通道。该系统可以对重金属污染土壤进行净化效果。
现有的土壤修复系统，着重于单一污染的土壤修复，修复系统较为简单，而对于重金属和有机物复合污染土壤涉略较少，很难对重金属和有机物复合污染土壤进行修复。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型为解决现有技术所存在的技术问题，本实用新型提供一种修复有机物污染的土壤、又能修复重金属污染的土壤、能适应多种重金属的去除、有效降解有机污染物、修复系统简单、处理效果良好，性能稳定、污染土壤修复效率高、可有效地降低了土壤重金属和有机物含量的土壤智能修复系统。
本实用新型通过以下技术方案来解决上述技术问题：
一种复合污染土壤的智能修复系统，包括对受重金属及有机物复合污染土壤进行修复的修复系统，所述修复系统包括PLC控制器、传送带、水力筛分机、泥浆罐、淋洗反应罐、板框压滤机、微波反应器、废气处理装置；
通过实验测定污染土壤所含有的Cd、Pb、As浓度，所述PLC控制器可以录入淋洗前污染土壤所含有的Cd、Pb、As重金属浓度；
所述传送带的一端与水力筛分机相连，所述传送带将重金属及有机物复合污染土壤运送至水力筛分机；
所述水力筛分机的一侧连接有进水管，所述水力筛分机安装有滚筒；
所述水力筛分机与泥浆罐之间设有泥浆收集管；
所述泥浆罐与淋洗反应罐之间设有砂浆泵；
所述淋洗反应罐一侧设有淋洗加药罐；
所述淋洗反应罐与板框压滤机之间设有泥浆输送管，所述淋洗反应罐通过泥浆输送管将泥浆送进板框压滤机进行压滤处理，泥浆经过板框压滤机进行泥、水分离后形成泥饼状的土壤；
所述板框压滤机和微波反应器之间设有混合加药罐；
所述废气处理装置与微波反应器之间设有排风管，所述排风管的一端与微波反应器相连，排风管的另一端与废气处理装置相连，污染土壤在微波过程中产生的废气经排风管输送至废气处理装置内。
作为针对上述技术方案的进一步改进，所述修复系统包括废水处理池，所述废水处理池与板框压滤机之间设有废水收集管道，所述废水收集管道的一端与板框压滤机相连，废水收集管道的另一端与废水处理池相连，所述板框压滤机通过废水收集管道将淋洗后的废水排至废水收集池，所述废水收集池安装有快速检测仪。
作为针对上述技术方案的进一步改进，所述板框压滤机的废水收集管道安装有流量计，通过流量计来流量计探测板框压滤机所分离出的废水容量数据并发送到PLC控制器。
作为针对上述技术方案的进一步改进，所述废气处理装置的出气口处安装有VOCS检测仪，所述VOCS检测仪的一侧连接有废气循环管道，VOCS检测仪的另一侧连接有烟囱，所述VOCS检测仪通过废气循环管道与废气处理装置相连。
作为针对上述技术方案的进一步改进，所述淋洗加药罐包括淋洗投药桶、淋洗搅拌器、淋洗计量投药泵，所述淋洗计量投药泵和淋洗搅拌器均内置于淋洗投药桶内，所述淋洗搅拌器设于淋洗计量投药泵的一侧，所述淋洗投药桶内储存有淋洗药剂，所述淋洗搅拌器对淋洗投药桶内的淋洗药剂进行搅拌使之淋洗药剂均匀分布且不形成沉淀，所述淋洗计量投药泵向淋洗反应罐内的土壤输送所配制的淋洗药剂。
作为针对上述技术方案的进一步改进，所述淋洗药剂包括草酸、柠檬酸、富里酸，所述草酸：柠檬酸：富里酸的水溶液浓度比为(1～2)：(1～2)：(4～5)，水溶液的浓度单位mg/L。
作为针对上述技术方案的进一步改进，所述混合加药罐包括混合投药桶、混合搅拌器、混合计量投药泵，所述混合计量投药泵和混合搅拌器均内置于混合投药桶内，所述混合搅拌器设于混合计量投药泵的一侧，所述混合投药桶内储存有混合药剂，所述混合搅拌器对混合投药桶内的混合药剂进行搅拌使之混合药剂均匀分布且不形成沉淀，所述混合计量投药泵向微波反应器内的土壤输送所配制的混合药剂。
作为针对上述技术方案的进一步改进，所述混合药剂包括碳催化剂和氧化剂。
作为针对上述技术方案的进一步改进，所述修复系统还包括土壤存放区，所述微波反应器的一端连接有土壤输送管，所述微波反应器通过土壤输送管将经过微波反应处理的土壤输送到土壤存放区。
作为针对上述技术方案的进一步改进，所述碳催化剂采用煤制气过程产生的废碳渣为原料，负载金属Fe和Cu，Fe和Cu的摩尔比例为(4～3):1，铁铜与碳材料的质量比在1％～2.1％，碳催化剂采用浸渍煅烧法制备。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案至少具有如下有益效果：
(1)本实用新型的修复系统包括传送带、水力筛分机、泥浆罐、淋洗反应罐、板框压滤机、微波反应器、废气处理装置。本实用新型通过泥浆罐、淋洗反应罐、板框压滤机可以降低污染土壤中重金属浓度，通过微波反应器可以降解污染土壤中的有机物，利用废气处理装置的VOCS检测仪来监测废气处理及达标排放。本实用新型的修复系统能适应重金属及有机物复合污染土壤的修复，确保重金属和有机污染物的去除效果，防止重金属去除不达标及有机废气不达标排放，并且本实用新型所提供的修复系统简单，还可以通过微波反应器来降解土壤中的有机污染物，利用流量计来探测板框压滤机压滤泥浆的水量，方便土壤进行微波处理，节省了微波反应前调节土壤含水率的工艺过程，节约了土地修复系统所需要的时间，有利于缩短修复工期，降低土壤修复所需要投入的成本。除此之外，本实用新型的修复系统能同时修复重金属污染和有机物污染土壤，处理效果良好，性能稳定、污染土壤修复效率高、可有效地降低了土壤中重金属和有机物浓度、具有很好的经济效益和广泛的社会效益。
(2)本实用新型的修复系统采用草酸、柠檬酸、富里酸组分混合制备成淋洗药剂去除污染土壤中的重金属，对土壤中的重金属的去除作用良好，并且易生物降解，对土壤的理化性质的破坏小，二次污染风险也较小。
(3)本实用新型在微波处理过程中所投加的碳催化剂为碳催化剂，氧化剂为过硫酸钠，微波处理对有机物的去除率高于90％，效果良好，并且本实用新型的碳催化剂采用煤制气过程产生的废碳渣为原料，负载Fe和Cu，Fe和Cu的摩尔比例为(4～3):1，铁铜与碳材料的质量比在1％～2.1％，有效地利用废碳渣，提高资源利用率，提高了环保性。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型重金属及有机物复合污染土壤智能修复的系统图。
图2为本实用新型修复系统中淋洗加药罐的结构示意图；
图3为本实用新型修复系统中混合加药罐的结构示意图。
图中：PLC控制器1、传送带2、水力筛分机3、泥浆罐4、泥浆收集管41、砂浆泵42、淋洗反应罐5、泥浆输送管51、板框压滤机6、废水收集管道61、流量计62、微波反应器7、废水处理池8、快速检测仪81、废气处理装置9、排风管91、VOCS检测仪10、废气循环管道101、烟囱102、淋洗加药罐11、淋洗投药桶111、淋洗搅拌器112、淋洗计量投药泵113、混合加药罐12、混合投药桶121、混合搅拌器122、混合计量投药泵123、土壤存放区13、土壤输送管14。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本实用新型的原理，本实用新型的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
如图1-3所示，本实用新型实施例一提供了一种复合污染土壤的智能修复系统，包括对受重金属及有机物复合污染土壤进行修复的修复系统，修复系统包括PLC控制器1、传送带2、水力筛分机3、泥浆罐4、淋洗反应罐5、板框压滤机6、微波反应器7、废气处理装置9；
通过实验测定污染土壤所含有的Cd、Pb、As重金属浓度，也可以通过快速检测仪81进行Cd、Pb、As重金属浓度测定，PLC控制器1可以录入淋洗前污染土壤所含有的Cd、Pb、As重金属浓度；
在传送带2的一端与水力筛分机3相连，传送带2将重金属及有机物复合污染土壤运送至水力筛分机3；
水力筛分机3的一侧连接有进水管，水力筛分机3安装有滚筒，通过进水管进行注水，污染土壤和水在滚筒中翻滚摩擦至泥浆状；
水力筛分机3与泥浆罐4之间设有泥浆收集管41；
泥浆罐4与淋洗反应罐5之间设有砂浆泵42；
淋洗反应罐5一侧设有淋洗加药罐11；
淋洗反应罐5与板框压滤机6之间设有泥浆输送管51，淋洗反应罐5通过泥浆输送管51将泥浆送进板框压滤机6进行压滤处理，泥浆经过板框压滤机6进行泥、水分离后形成泥饼状的土壤；
板框压滤机6和微波反应器7之间设有混合加药罐12；
废气处理装置9与微波反应器7之间设有排风管91，排风管91的一端与微波反应器7相连，排风管91的另一端与废气处理装置9相连，污染土壤在微波过程中产生的废气经排风管91输送至废气处理装置9内。
本实用新型的修复系统能适应重金属及有机物复合污染土壤的修复，确保重金属和有机污染物的去除效果，防止重金属去除不达标及有机废气不达标排放，本实用新型所提供的修复系统提高了对土壤进行修复的自动化程度。
本实用新型还通过微波处理降解土壤中的有机污染物。
本实用新型的修复系统包括废水处理池8，废水处理池8与板框压滤机6之间设有废水收集管道61，废水收集管道61的一端与板框压滤机6相连，废水收集管道61的另一端与废水处理池8相连，板框压滤机6通过废水收集管道61将淋洗后的废水排至废水收集池，废水收集池安装有快速检测仪81，快速检测仪81用于检测淋洗废水中重金属离子浓度，快速检测仪81将淋洗废水的检测数据通过信号线发送到PLC控制器1。
本实用新型板框压滤机6的废水收集管道61安装有流量计62，通过流量计62来流量计62探测板框压滤机6所分离出的废水容量数据。
本实用新型在废气处理装置9的出气口处安装有VOCS检测仪10，VOCS检测仪10的一侧连接有废气循环管道101，VOCS检测仪10的另一侧连接有烟囱102，VOCS检测仪10通过废气循环管道101与废气处理装置9相连，本实用新型通过VOCS检测仪10对废气进行检测以判断VOCS是否达标，若检测结果达标，则直接通过烟囱102排入大气环境中；若检测结果不达标，则通过废气循环管道101回流至废气处理装置9处理，直至检测结果达标为止。
本实用新型的淋洗加药罐11包括淋洗投药桶111、淋洗搅拌器112、淋洗计量投药泵113，淋洗计量投药泵113和淋洗搅拌器112均内置于淋洗投药桶111内，淋洗搅拌器112设于淋洗计量投药泵113的一侧，淋洗投药桶111内储存有淋洗药剂，淋洗搅拌器112对淋洗投药桶111内的淋洗药剂进行搅拌使之淋洗药剂均匀分布且不形成沉淀，淋洗计量投药泵113向淋洗反应罐5内的土壤输送所配制的淋洗药剂，使反应体系的水土质量比达到(3～5)：1，充分搅拌40～60min。其中，淋洗药剂包括草酸、柠檬酸、富里酸，草酸：柠檬酸：富里酸的水溶液浓度比为(1～2)：(1～2)：(4～5)，水溶液的浓度单位mg/L。选用草酸和柠檬酸作为淋洗药剂的组分，是因为草酸和柠檬酸均属于天然小分子有机酸，对土壤重金属中重金属有一定的去除能力，易生物降解，对土壤的理化性质的破坏小，二次污染风险也较小。其对重金属的去除通常包含三种方式：
第一是草酸和柠檬酸直接与重金属离子络合形成带正电荷的配合物；
第二是草酸和柠檬酸吸附在土壤表面时，其官能团与重金属形成配合物；
第三是与重金属的配位作用生成高溶解性的配合物达到从土壤颗粒中解吸的效果。
选用富里酸作为淋洗药剂组分，主要是富里酸分子量小，单位碳含量中的活性官能团数量多，易与重金属形成溶解性和移动性更好的络合物，在酸性介质中，富里酸易形成多孔团聚体而具有大的表面积，进一步加强了对重金属表面吸附作用，促进重金属去除，同时富里酸的分解也可为土壤提供肥力，起到改良土壤作用。
本实用新型的混合加药罐12包括混合投药桶121、混合搅拌器122、混合计量投药泵123，混合计量投药泵123和混合搅拌器122均内置于混合投药桶121内，混合搅拌器122设于混合计量投药泵123的一侧，混合投药桶121内储存有混合药剂，混合搅拌器122对混合投药桶121内的混合药剂进行搅拌使之混合药剂均匀分布且不形成沉淀，混合计量投药泵123向微波反应器7内的土壤输送所配制的混合药剂。其中，混合药剂包括碳催化剂和氧化剂。具体实现时，混合加药罐12向微波反应器7里面所加入的碳催化剂投加量占土壤质量的0.4％，所加入的氧化剂量根据土壤污染物浓度确定，按污染物PCB169与氧化剂的物质的量比为1:(500～700)进行投加，其中碳催化剂为碳催化剂，氧化剂为过硫酸钠，经过微波处理，土壤中有机污染物的去除率高于90％。其中，碳催化剂采用煤制气过程产生的废碳渣为原料，负载Fe和Cu，Fe和Cu的摩尔比例为(4～3):1，铁铜与碳材料的质量比在1％～2.1％，碳催化剂采用浸渍煅烧法制备。有机物降解过程如下：
有机污染物+碳催化剂+Na2S2O8→小分子有机物+CO2+H2O2
本实用新型的修复系统还包括土壤存放区13，微波反应器7的一端连接有土壤输送管14，微波反应器7通过土壤输送管14将经过微波反应处理的土壤输送到土壤存放区13。本实用新型选用的碳催化剂可以采用煤制气过程产生的废碳渣为原料，负载金属Fe和Cu，Fe和Cu的摩尔比例为(4～3):1，铁铜与碳材料的质量比在1％～2.1％，碳催化剂采用浸渍煅烧法制备。
本实用新型还提供了一种采用修复系统进行重金属及有机物复合污染土壤修复的修复方法，该修复方法包括以下步骤：
步骤1)土壤水力筛分处理：污染土壤经传送带2运送至水力筛分机3，通过进水管进行注水，污染土壤和水在滚筒中翻滚摩擦至泥浆状，利用筛网分离，高于筛网目数大颗粒经传送带2收集集中处置，低于筛网目数的小颗粒泥浆进入步骤2；
步骤2)淋洗处理：将步骤1)所筛出的泥浆收集至泥浆罐4，再经砂浆泵42泵送到淋洗反应罐5，淋洗反应罐5一侧设有淋洗加药罐11，向淋洗反应罐5内的泥浆加入淋洗药剂并搅拌混合，使反应体系的水土质量比达到(3～5)：1，充分搅拌40～60min；
步骤3)泥浆压滤处理：泥浆进入板框压滤机6进行压滤处理，泥浆经过板框压滤机6进行泥、水分离后形成泥饼状的土壤；
步骤4)废水处理：泥水分离产生的淋洗废水通过废水收集管道61排至废水处理池8，废水处理池8安装有快速检测仪81，快速检测仪81对淋洗废水中重金属离子浓度进行检测并将检测数据发送到PLC控制器1，当重金属指标达到修复目标，泥饼进入步骤5)；
步骤5)微波处理：为满足微波反应要求，步骤3)板框压滤机6滤液收集管道上装有流量计62，经板框压滤机6压滤后泥饼含水率在80％左右，土壤与碳催化剂、氧化剂搅拌混合均匀后，运送至微波反应器7内进行反应，反应时间为1～2h，反应所需温度为85℃～95℃，经微波处理后土壤的含水率为约为20％～30％，微波反应后土壤经土壤传送带2输送到土壤存放区13；
步骤6)废气处理：污染土壤在微波过程中产生的废气经排风管91输送至废气处理装置9内，废气处理装置9出气口处接有VOCS检测仪10，VOCS检测仪10对废气进行检测以判断VOCS是否达标，若检测结果达标，则直接通过烟囱102排入大气环境中；若检测结果不达标，则通过废气循环管道101回流至废气处理装置9处理，直至检测结果达标为止。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种复合污染土壤的智能修复系统，其特征在于：包括对受重金属及有机物复合污染土壤进行修复的修复系统，所述修复系统包括PLC控制器、传送带、水力筛分机、泥浆罐、淋洗反应罐、板框压滤机、微波反应器、废气处理装置；
所述传送带的一端与水力筛分机相连，所述传送带将重金属及有机物复合污染土壤运送至水力筛分机；
所述水力筛分机的一侧连接有进水管，所述水力筛分机安装有滚筒；
所述水力筛分机与泥浆罐之间设有泥浆收集管；
所述泥浆罐与淋洗反应罐之间设有砂浆泵；
所述淋洗反应罐一侧设有淋洗加药罐；
所述淋洗反应罐与板框压滤机之间设有泥浆输送管，所述淋洗反应罐通过泥浆输送管将泥浆送进板框压滤机进行压滤处理；
所述板框压滤机和微波反应器之间设有混合加药罐；
所述废气处理装置与微波反应器之间设有排风管，所述排风管的一端与微波反应器相连，排风管的另一端与废气处理装置相连。
2.根据权利要求1所述的复合污染土壤的智能修复系统，其特征在于：所述修复系统包括废水处理池，所述废水处理池与板框压滤机之间设有废水收集管道，所述废水收集管道的一端与板框压滤机相连，废水收集管道的另一端与废水处理池相连，所述板框压滤机通过废水收集管道将淋洗后的废水排至废水收集池，所述废水收集池安装有快速检测仪。
3.根据权利要求2所述的复合污染土壤的智能修复系统，其特征在于：所述板框压滤机的废水收集管道安装有流量计。
4.根据权利要求1所述的复合污染土壤的智能修复系统，其特征在于：所述废气处理装置的出气口处安装有VOCS检测仪，所述VOCS检测仪的一侧连接有废气循环管道，VOCS检测仪的另一侧连接有烟囱，所述VOCS检测仪通过废气循环管道与废气处理装置相连。
5.根据权利要求1所述的复合污染土壤的智能修复系统，其特征在于：所述淋洗加药罐包括淋洗投药桶、淋洗搅拌器、淋洗计量投药泵，所述淋洗计量投药泵和淋洗搅拌器均内置于淋洗投药桶内，所述淋洗搅拌器设于淋洗计量投药泵的一侧，所述淋洗投药桶内储存有淋洗药剂，所述淋洗搅拌器对淋洗投药桶内的淋洗药剂进行搅拌使之淋洗药剂均匀分布且不形成沉淀，所述淋洗计量投药泵向淋洗反应罐内的土壤输送所配制的淋洗药剂。
6.根据权利要求1所述的复合污染土壤的智能修复系统，其特征在于：所述混合加药罐包括混合投药桶、混合搅拌器、混合计量投药泵，所述混合计量投药泵和混合搅拌器均内置于混合投药桶内，所述混合搅拌器设于混合计量投药泵的一侧，所述混合投药桶内储存有混合药剂，所述混合搅拌器对混合投药桶内的混合药剂进行搅拌使之混合药剂均匀分布且不形成沉淀，所述混合计量投药泵向微波反应器内的土壤输送所配制的混合药剂。
7.根据权利要求6所述的复合污染土壤的智能修复系统，其特征在于：所述混合药剂包括碳催化剂和氧化剂。
8.根据权利要求1所述的复合污染土壤的智能修复系统，其特征在于：所述修复系统还包括土壤存放区，所述微波反应器的一端连接有土壤输送管，所述微波反应器通过土壤输送管将经过微波反应处理的土壤输送到土壤存放区。
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