專(zhuān)利名稱(chēng)：一種去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油和PAHs污染土壤處理技術(shù)，具體地說(shuō)是一種去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
背景技術(shù)：
毒性強(qiáng)、難降解、殘留時(shí)間長(zhǎng)、在環(huán)境中分布廣的污染物優(yōu)先進(jìn)行控制，稱(chēng)為優(yōu)先污染物。美國(guó)環(huán)保局(USEPA)于1976年率先公布了 129種優(yōu)先污染物。我國(guó)在進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上也提出首批68種化學(xué)污染物為優(yōu)先污染物。由于其低水溶性及強(qiáng)烈吸附在土壤顆粒上的特性，芴，萘，蒽，苯并[a]芘等16種PAHs被美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(EPA)列為優(yōu)先控制污染物，歐洲則把熒蒽、苯并(a)芘等6種PAH作為目標(biāo)PAHs。我國(guó)政府也已經(jīng)列出7種多 環(huán)芳烴于“中國(guó)環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單”中。世界各國(guó)對(duì)多環(huán)芳烴在環(huán)境中的分布以及對(duì)人類(lèi)健康存在的潛在威脅都給予了高度重視。多環(huán)芳烴在環(huán)境中性質(zhì)穩(wěn)定，主要富集在土壤的表層和次表層，不易發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化，并且容易與土壤中的有機(jī)質(zhì)結(jié)合，這使得PAHs在土壤的表層和次表層有逐漸富集的趨勢(shì)。因此，需要一種快速有效的修復(fù)方法來(lái)修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤。多環(huán)芳烴在環(huán)境中的行為基本相同，但各種多環(huán)芳烴的理化性質(zhì)卻各不相同，這主要是由于它們的結(jié)構(gòu)及分子量的不同而造成的。除了少數(shù)幾種多環(huán)芳烴的氫化衍生物夕卜，所有的多環(huán)芳烴，在常溫下都以固態(tài)形式存在，且揮發(fā)性甚小，與同碳數(shù)目的正構(gòu)鏈烷烴相比它們的沸點(diǎn)要高。通常，PAHs的水溶性和揮發(fā)性隨苯環(huán)數(shù)量的增多而減少或降低。BaP是一種典型的PAHs化合物，不溶于水，但易溶于苯、氯仿、二氯甲烷等有機(jī)溶劑。低環(huán)的多環(huán)芳烴容易生物降解，四環(huán)以上的多環(huán)芳烴卻很難被生物所降解，所以對(duì)這類(lèi)污染物必須考慮除生物降解以外的其它去除方法。這類(lèi)污染物的其他去除方法還有物理和化學(xué)修復(fù)方法。物理修復(fù)方法主要包括換土法、熱修復(fù)法、電修復(fù)法以及挖掘填埋法等。化學(xué)修復(fù)是利用加入到土壤中的化學(xué)修復(fù)劑與污染物發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，使污染物被降解和毒性被降低的修復(fù)技術(shù)。化學(xué)清洗法是一種重要的化學(xué)修復(fù)法，它是指使用某些化學(xué)溶劑，如表面活性劑、有機(jī)溶劑等清洗污染土壤，將污染物從土壤中洗脫分離下來(lái)，使得污染土壤得以修復(fù)?；瘜W(xué)焚燒法也是常用的化學(xué)治理方法，由于有機(jī)物在高溫下容易分解，所以在高溫下焚燒可達(dá)到去除污染的目的。但高溫焚燒又會(huì)破壞土壤的理化性質(zhì)，使土壤無(wú)法重新利用。通常當(dāng)采用生物修復(fù)法不能滿足污染土壤修復(fù)的需要時(shí)，可根據(jù)污染物類(lèi)型和土壤特征，選擇化學(xué)修復(fù)方法。相對(duì)于其他污染土壤修復(fù)方法來(lái)講，化學(xué)修復(fù)方法發(fā)展較早，且相對(duì)成熟。從廣義上來(lái)講，土壤淋洗法是指用流體(通常是液體)去除土壤污染物的過(guò)程，可以進(jìn)行原位修復(fù)(in-situ)和異位修復(fù)(ex-situ)。去除的污染物可以是無(wú)機(jī)污染物或有機(jī)污染物。水，化學(xué)溶劑或其他可能把污染物從土壤中淋洗出來(lái)的流體，甚至氣體也可作為淋洗劑。土壤淋洗法是通過(guò)注水的方式，沖洗土壤孔隙介質(zhì)中含有的污染物，并使沖洗水流流入地下水，然后回收沖洗水流從而使污染土壤得到修復(fù)。
土壤淋洗法有多種運(yùn)行形式，因此可以有不同的分類(lèi)方法。根據(jù)土壤淋洗法處理土壤的位置改變與否可分為原位淋洗法和異位淋洗法，原位淋洗修復(fù)是指根據(jù)污染物分布的深淺，使得淋洗劑在重力或外力的作用下流經(jīng)污染土壤，并利用回收井或采用挖溝的辦法收集和清除淋洗劑。與其他土壤修復(fù)方法相比，土壤淋洗法的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作人員可以不直接接觸污染物。土壤淋洗法對(duì)土壤中污染物的去除率較高，并能有效限制有害廢棄物的擴(kuò)散，有著廣泛的應(yīng)用前景。土壤淋洗法比較適用高含量污染土壤的處理，本發(fā)明研究了一種用于高含量有機(jī)污染土壤淋溶去除實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 一種去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置，包括淋洗柱、排放液儲(chǔ)存槽和淋洗液儲(chǔ)存槽，所述排放液儲(chǔ)存槽、淋洗柱和淋洗液儲(chǔ)存槽依次相連，排放液儲(chǔ)存槽通過(guò)排液管與儲(chǔ)液瓶連通，淋洗液儲(chǔ)存槽通過(guò)進(jìn)液管與蠕動(dòng)泵連通。所述淋洗柱的一端與淋洗液儲(chǔ)存槽密封連接，其中淋洗液儲(chǔ)存槽與淋洗柱下端之間設(shè)有用于放置污染土壤的隔板，所述淋洗液儲(chǔ)存槽上插設(shè)有多個(gè)淋洗液入口開(kāi)關(guān)，每個(gè)淋洗液入口開(kāi)關(guān)的一端通過(guò)進(jìn)液管與蠕動(dòng)泵連通，另一端由隔板穿過(guò)、設(shè)有擴(kuò)散頭。擴(kuò)散頭位于淋洗柱的內(nèi)部，向污染土壤輸送淋洗液。所述淋洗柱的另一端與排放液儲(chǔ)存槽密封連接，所述排放液儲(chǔ)存槽上插設(shè)有多個(gè)排液閥，每個(gè)排液閥的一端與排放液儲(chǔ)存槽內(nèi)部連通，另一端通過(guò)排液管與儲(chǔ)液瓶連通。所述排放液儲(chǔ)存槽及淋洗液儲(chǔ)存槽的形狀相同，均為圓柱形。利用去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置的去除污染物方法在蠕動(dòng)泵的作用下淋洗液經(jīng)過(guò)進(jìn)液管到達(dá)淋洗液入口，進(jìn)入淋洗液儲(chǔ)存槽內(nèi)，淋洗液再通過(guò)擴(kuò)散頭由下往上均勻經(jīng)過(guò)污染土壤移動(dòng)，淋洗土壤后的淋洗液經(jīng)排液管排放到儲(chǔ)液瓶。所述淋洗液流速為O. 001ml/min-2000ml/min。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性能強(qiáng)。能作為實(shí)驗(yàn)室模擬異位淋洗土壤應(yīng)用。本發(fā)明裝置使污染土壤淋洗工藝參數(shù)優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)PAHs污染土壤淋洗技術(shù)實(shí)用化。優(yōu)化條件表現(xiàn)在能夠提供實(shí)驗(yàn)室異位淋洗實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究。可保證淋洗實(shí)驗(yàn)的環(huán)境溫度，實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)可調(diào)節(jié)溫度。本發(fā)明包括較大型的柱體36cm-70cm高，配置的蠕動(dòng)泵可控制淋洗液的流速，可控制多個(gè)淋洗柱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。淋洗液儲(chǔ)存槽設(shè)置3個(gè)淋洗液入口開(kāi)關(guān)，可同時(shí)或間隙輸入3種不同淋洗液。淋洗液入口開(kāi)關(guān)一般是打開(kāi)的，當(dāng)停止某種淋洗液進(jìn)入或排放液充滿時(shí)，可關(guān)閉蠕動(dòng)泵或關(guān)閉相應(yīng)的入口開(kāi)關(guān)。這種結(jié)構(gòu)方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)還可防止對(duì)周?chē)h(huán)境造成二次污染。2.本發(fā)明該淋洗裝置處理高含量的石油和PAHs污染土壤效率高。采用本發(fā)明處理方法及裝置可處理某污染場(chǎng)地土壤，還可處理自配的有機(jī)污染土壤。當(dāng)土壤中柴油含量為22623mg/kg，其中多環(huán)芳烴含量為187. 84mg/kg時(shí)，用含O. 5% NaCl的3 I LAS APG的混合表面活性劑連續(xù)淋洗，當(dāng)淋洗劑土壤(v/w)為5 : I時(shí)，土壤中柴油和多環(huán)芳烴去除率可達(dá)70. 23%,45. 86%。說(shuō)明該淋洗方法具有良好的去除效果。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。(其中，
I.排放液儲(chǔ)存槽、2.淋洗液儲(chǔ)存槽、3.淋洗柱、4.隔板、5.淋洗液入口開(kāi)關(guān)、6.進(jìn)液管、
7.蠕動(dòng)泵、8.擴(kuò)散頭、9.排液閥、10排液管、11.儲(chǔ)液瓶)圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置中擴(kuò)散頭示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置中排放液儲(chǔ)存槽示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置中淋洗液儲(chǔ)存槽示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置中淋洗柱分別與排放液儲(chǔ)存槽和淋洗液儲(chǔ)存槽密封連接裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I如圖I所示，淋洗柱3采用有機(jī)玻璃材料制成，中間為中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，淋洗柱3的兩端分別通過(guò)法蘭盤(pán)與排放液儲(chǔ)存槽I及淋洗液儲(chǔ)存槽2密封連接，其中淋洗液儲(chǔ)存槽2與淋洗柱3下端之間設(shè)有用于放置污染土壤的隔板4。所述淋洗液儲(chǔ)存槽2上插設(shè)有多個(gè)淋洗液入口開(kāi)關(guān)5，每個(gè)淋洗液入口開(kāi)關(guān)5的一端通過(guò)進(jìn)液管6與蠕動(dòng)泵7連通，另一端由隔板4穿過(guò)、設(shè)有擴(kuò)散頭8。擴(kuò)散頭8位于淋洗柱3的內(nèi)部，向污染土壤輸送淋洗液。所述排放液儲(chǔ)存槽I上插設(shè)有多個(gè)排液閥9，每個(gè)排液閥9的一端與排放液儲(chǔ)存槽I內(nèi)部連通，另一端通過(guò)排液管10與儲(chǔ)液瓶11連通。排放液儲(chǔ)存槽I及淋洗液儲(chǔ)存槽2的形狀相同，均為圓柱形，圓柱形的一端開(kāi)口、設(shè)有與淋洗柱3連接的法蘭盤(pán)。所述儲(chǔ)液瓶，為玻璃容器(2500-5000ml)供儲(chǔ)存淋洗液用。所述蠕動(dòng)泵為杰恒牌BT-600E型，所述4擴(kuò)散頭下部底座大(直徑5cm)，上部直徑逐漸變小，底座安放在隔板上(參見(jiàn)2)。3個(gè)擴(kuò)散頭呈三角形置于隔板的中央，擴(kuò)散頭的下部垂直浸泡于淋洗液儲(chǔ)存槽中，便于吸取淋洗液。上部的擴(kuò)散頭分2層，均間隔3mm設(shè)計(jì)I條狹縫，狹縫寬度彡1mm。處理方法所述淋洗柱為有機(jī)玻璃材料，用于處理污染土壤，有機(jī)玻璃厚I. 5cm,柱體總高36cm，中間柱體高25cm，直徑20cm。受試土壤PAHs總量濃度為197. 22mg/kg,向淋洗柱均勻裝入IOkg污染土壤，淋洗劑為微乳液，流速為2. 7mL/min。所述微乳液為IOOOmL 2. 5%吐溫80與20mL市售的生物柴油，進(jìn)行2h的超聲震蕩，形成乳白色、透明均勻的微乳液。所述生物柴油為B20生物柴油，由福建省福州市元洪投資區(qū)源華卓越能源科技(福建)有限公司提供。在蠕動(dòng)泵的作用下淋洗液經(jīng)過(guò)進(jìn)液管到達(dá)淋洗液入口，進(jìn)入淋洗液儲(chǔ)存槽內(nèi)，淋洗液再通過(guò)擴(kuò)散頭由下往上均勻經(jīng)過(guò)污染土壤移動(dòng)，淋洗土壤后的淋洗液經(jīng)排液管排放到儲(chǔ)液瓶。經(jīng)過(guò)50L淋洗液的累計(jì)淋洗，污染土壤中12種多環(huán)芳烴去除率為21. 52% -77. 06%, PAHs 總量從 197. 22mg/kg 降低到 111. 07mg/kg，去除率達(dá)到 43. 68%。實(shí)施例2與實(shí)施例I不同之處在于所淋洗的受試土壤為柴油污染土壤，土壤中柴油含量為22623mg/kg，其中多環(huán)芳烴含量為187. 84mg/kg,占柴油總量的O. 83%，多環(huán)芳烴主要是菲(Phe)、花(Pyr)、苯并(a)蒽(Baa)、屈(Chry)。所述柴油污染土壤為配制的土壤，用清潔土壤投加柴油的方法配制。所述清潔土壤采自中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)生態(tài)站農(nóng)田O 20cm無(wú)污染表層土。土壤風(fēng)干后研磨并過(guò)2mm篩，取過(guò)2_篩的土壤與零號(hào)柴油石油醚溶液混勻，在通風(fēng)條件下風(fēng)干2d，待石油醚完全揮發(fā)，放置4°C儲(chǔ)存，備用。土壤主要理化性質(zhì)見(jiàn)表I。表I中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)十里河生態(tài)站土壤理化性質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置，包括淋洗柱、排放液儲(chǔ)存槽和淋洗液儲(chǔ)存槽，其特征在于所述排放液儲(chǔ)存槽(I)、淋洗柱(3)和淋洗液儲(chǔ)存槽(2)依次相連，排放液儲(chǔ)存槽(I)通過(guò)排液管(10)與儲(chǔ)液瓶(11)連通，淋洗液儲(chǔ)存槽(2)通過(guò)進(jìn)液管(6)與蠕動(dòng)泵(7)連通。
2.按權(quán)利要求I所述的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述淋洗柱(3)的一端與淋洗液儲(chǔ)存槽(2)密封連接，其中淋洗液儲(chǔ)存槽(2)與淋洗柱(3)下端之間設(shè)有用于放置污染土壤的隔板(4)，所述淋洗液儲(chǔ)存槽(2)上插設(shè)有多個(gè)淋洗液入口開(kāi)關(guān)(5)，每個(gè)淋洗液入口開(kāi)關(guān)(5)的一端通過(guò)進(jìn)液管(6)與蠕動(dòng)泵(7)連通，另一端由隔板(4)穿過(guò)、設(shè)有擴(kuò)散頭(8)。
3.按權(quán)利要求2所述的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于擴(kuò)散頭(8)位于淋洗柱(3)的內(nèi)部，向污染土壤輸送淋洗液。
4.按權(quán)利要求I所述的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述淋洗柱(3)的另一端與排放液儲(chǔ)存槽(I)密封連接。
5.按權(quán)利要求4所述的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述排放液儲(chǔ)存槽(I)上插設(shè)有多個(gè)排液閥(9)，每個(gè)排液閥(9)的一端與排放液儲(chǔ)存槽(I)內(nèi)部連通，另一端通過(guò)排液管(10)與儲(chǔ)液瓶(11)連通。
6.按權(quán)利要求2或4所述的去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述排放液儲(chǔ)存槽(I)及淋洗液儲(chǔ)存槽(2)的形狀相同，均為圓柱形。
7.—種權(quán)利要求I所述的利用去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置的去除污染物方法，其特征在于在蠕動(dòng)泵的作用下淋洗液經(jīng)過(guò)進(jìn)液管到達(dá)淋洗液入口，進(jìn)入淋洗液儲(chǔ)存槽內(nèi)，淋洗液再通過(guò)擴(kuò)散頭由下往上均勻經(jīng)過(guò)污染土壤移動(dòng)，淋洗土壤后的淋洗液經(jīng)排液管排放到儲(chǔ)液瓶。
8.按權(quán)利要求7所述的利用去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置的去除污染物方法，其特征在于所述淋洗液流速為O. 001ml/min-2000ml/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及石油和PAHs污染土壤處理技術(shù)，具體地說(shuō)是一種去除土壤中污染物的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。所述排放液儲(chǔ)存槽、淋洗柱和淋洗液儲(chǔ)存槽依次相連，排放液儲(chǔ)存槽通過(guò)排液管與儲(chǔ)液瓶連通，淋洗液儲(chǔ)存槽通過(guò)進(jìn)液管與蠕動(dòng)泵連通。蠕動(dòng)泵可控制多個(gè)淋洗柱同時(shí)進(jìn)行淋洗實(shí)驗(yàn)。淋洗液移動(dòng)模式為自下而上移動(dòng)。本發(fā)明根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可隨時(shí)監(jiān)測(cè)排放液中污染物的濃度，隨時(shí)調(diào)控淋洗液輸入輸出的流速。本發(fā)明能作為實(shí)驗(yàn)研究應(yīng)用，可為實(shí)用規(guī)模的處理工程提供理論和技術(shù)參數(shù)。
文檔編號(hào)B09C1/08GK102950148SQ20111024084
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者鞏宗強(qiáng), 李曉軍, 孫翼飛, 劉丹, 張海榮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所