一種針對土壤中含砷有機(jī)物的多重聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種針對土壤中含砷有機(jī)物的多重聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)及方法。該修復(fù)系統(tǒng)由微波修復(fù)系統(tǒng)、化學(xué)氧化系統(tǒng)以及植物修復(fù)系統(tǒng)組成；微波修復(fù)系統(tǒng)對待修復(fù)土壤進(jìn)行加熱，收集易揮發(fā)有機(jī)物生成的氣體，并向土壤中注入氧化劑，使含砷有機(jī)物在微波催化下發(fā)生氧化反應(yīng)，將三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷，再通過種植超富集植物蜈蚣蕨來富集五價(jià)砷，微波修復(fù)系統(tǒng)和植物修復(fù)系統(tǒng)間歇交替進(jìn)行。本發(fā)明中，微波修復(fù)結(jié)合化學(xué)氧化法、并聯(lián)合植物修復(fù)間歇輪流修復(fù)土壤的技術(shù)，可有效地對土壤中的含砷有機(jī)物做深度處理。
【專利說明】一種針對土壤中含砷有機(jī)物的多重聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種針對土壤中含砷有機(jī)物的多重聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤環(huán)境是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的基本要素之一，是人類和生物賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，土壤環(huán)境狀況不僅直接影響到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國土資源環(huán)境安全，而且關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品安全和人體健康。有機(jī)砷是導(dǎo)致土壤污染的重要成分，近年來，由砷污染導(dǎo)致的地方性砷中毒已經(jīng)遍及全球，砷污染的來源除了化工及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之外，另外源于二戰(zhàn)以后日本侵華戰(zhàn)爭遺棄化學(xué)武器所造成的污染。調(diào)查表明，在中國18個(gè)省市曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)日本遺棄的化學(xué)武器。目前發(fā)現(xiàn)的化學(xué)武器數(shù)量大、分布廣，而且含砷毒劑種類繁多，如芥子氣、光氣、苯氯乙酮、路易氏劑(L)、二苯氰胂(DC)、二苯氯胂(DA)等。由于埋藏時(shí)間長，包裝和彈體已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕，部分化學(xué)彈中的毒劑外泄，對環(huán)境造成了極為嚴(yán)重的污染。毒劑泄漏到土壤中的毒劑多數(shù)發(fā)生了降解，產(chǎn)物主要是氧聯(lián)雙二苯砷、二酸砷、苯砷酸、氯乙烯氧胂和氯乙烯砷酸等含砷化合物。這些化合物在自然界中通常難以降解，可持續(xù)幾十年毒效，對人類的危害較嚴(yán)重。如何治理有機(jī)砷污染，是徹底處理日本遺棄化學(xué)武器工作中不可回避的問題。為凈化國土、保護(hù)環(huán)境、避免群眾傷亡，日本在華遺留化學(xué)武器埋藏地的污染問題亟待解決。
[0003]對污染的土壤修復(fù)技術(shù)一般分為三類，分別是物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)，以及生物修復(fù)技術(shù)。其中，物理修復(fù)技術(shù)是指通過各種物理過程將污染物(特別是有機(jī)污染物)從土壤中去除或分離的技術(shù)。熱處理技術(shù)是應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)場地的主要物理修復(fù)技術(shù)。主要包括熱脫附技術(shù)、微波加熱技術(shù)、以及蒸汽浸提技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用于苯系物、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯和二噁英等污染土壤的修復(fù)?；瘜W(xué)技術(shù)主要有土壤固化/穩(wěn)定化技術(shù)、淋洗技術(shù)、氧化還原技術(shù)、光催化降解技術(shù)以及近幾年新興的電動力修復(fù)技術(shù)。生物技術(shù)則主要包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)、生物聯(lián)合修復(fù)等技術(shù)。
[0004]到目前為止，化學(xué)武器中含砷有機(jī)物對土壤造成的危害嚴(yán)重，我國處理該類污染土壤的方法大部分還停留在挖掘填埋法；原位處理技術(shù)中以“等離子焚燒”技術(shù)聞名，屬物理修復(fù)技術(shù)。等離子焚燒技術(shù)是由德國和瑞士公司聯(lián)合開發(fā)，是一種令人青睞的新技術(shù)，目前還開發(fā)了移動式小型等離子爐。對含砷有機(jī)物去除率很高，但是成本高，耗能大。為了解決土壤大面積污染問題，我國還提出了植物修復(fù)的解決方案，并與日方達(dá)成共識，中日雙發(fā)目前已經(jīng)開展了一些準(zhǔn)備工作，2005年和2006年分別對污染嚴(yán)重的林地做了大量實(shí)驗(yàn)，掌握了污染土壤分布、污染物種類、污染程度和污染土壤的理化性質(zhì)等情況。針對污染物特點(diǎn)，中方專家還根據(jù)國外植物修復(fù)技術(shù)成果，選擇了對砷具有超富集作用的蜈蚣草、大葉井口邊草、含羞草、灌木馬拉巴牡丹等近10種植物。并現(xiàn)場采集了污染土壤，進(jìn)行植物修復(fù)可行性驗(yàn)證試驗(yàn)。目前驗(yàn)證試驗(yàn)尚未完成。與此同時(shí)，植物修復(fù)與其他物理化學(xué)方法修復(fù)聯(lián)合技術(shù)也成為值得商榷的焦點(diǎn)。
[0005]微波催化方法已廣泛應(yīng)用于土壤污染處理技術(shù)，屬熱修復(fù)技術(shù)。熱修復(fù)技術(shù)是近年來國外發(fā)展較快的有機(jī)污染土壤的修復(fù)技術(shù)，土壤熱修復(fù)技術(shù)設(shè)備一般利用柴油作燃料來直接或間接加熱。微波修復(fù)技術(shù)具有高效技能和易于操作控制等優(yōu)點(diǎn)，是處理有機(jī)污染物的良好技術(shù)手段。但微波方法對于可揮發(fā)性有機(jī)物及易分解性有機(jī)物可造成明顯效果，對于難揮發(fā)難分解的含砷有機(jī)物尚不能達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)?；瘜W(xué)法相對于物理方法有更易操作的優(yōu)點(diǎn)。常用的氧化劑包括過氧化氫、高錳酸鉀、過硫酸鈉等。過氧化氫在堿性條件下易分解，結(jié)合硫酸亞鐵，催化過氧化氫產(chǎn)生羥自由基，從而達(dá)到氧化目的。但亞鐵離子易被氧化成鐵離子，因此需要同時(shí)添加輔助劑，保持亞鐵離子的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種有效的、高效的、針對土壤中含砷有機(jī)物的多重聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)及方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]該修復(fù)系統(tǒng)由微波修復(fù)系統(tǒng)、化學(xué)氧化系統(tǒng)以及植物修復(fù)系統(tǒng)組成；
[0009]所述微波修復(fù)系統(tǒng)的組成為:微波發(fā)生器懸掛設(shè)置在土壤污染帶上方，并在微波發(fā)生器面向土壤的一側(cè)連接若干個(gè)輻射器；在微波發(fā)生器的上方設(shè)置微波加熱裝置，并設(shè)置集氣棚將微波加熱裝置、微波發(fā)生器及土壤污染帶籠罩在內(nèi)，集氣棚通過管道與廢氣處理裝置連接；土壤污染帶內(nèi)散布微波吸收材料，并設(shè)置若干個(gè)溫度感應(yīng)器；控制中心分別與溫度感應(yīng)器、微波發(fā)生器連接；
[0010]所述化學(xué)氧化系統(tǒng)的組成為:在土壤污染帶的區(qū)域內(nèi)挖設(shè)若干個(gè)氧化劑加藥井，各個(gè)加藥井分別通過蠕動泵和閥門與氧化劑藥箱連接；
[0011]所述植物修復(fù)系統(tǒng)為種植在土壤污染帶表面的具有富集五價(jià)砷功能的植物。
[0012]所述植物修復(fù)系統(tǒng)采用的植物為蜈蚣蕨。
[0013]所述氧化系統(tǒng)中使用的氧化劑為芬頓試劑。芬頓試劑是由過氧化氫結(jié)合硫酸亞鐵催化劑組成，具體為=H2O2 =FeSO4.7H20=1:1 (mol/mol);芬頓試劑提供了廉價(jià)的Fe2+，在PH調(diào)節(jié)器內(nèi)調(diào)整PH=3，在Fe2+的催化作用下，雙氧水分解產(chǎn)生(OH)，從而催化一系列反應(yīng)，隨后利用Ca(OH)2調(diào)整PH至中性。
[0014]一種基于所述系統(tǒng)的聯(lián)合修復(fù)方法，由微波修復(fù)系統(tǒng)、化學(xué)氧化系統(tǒng)以及植物修復(fù)系統(tǒng)共同作用實(shí)現(xiàn)，具體步驟為:
[0015]步驟I):調(diào)查土壤污染帶，確定位置及污染區(qū)域面積，檢測土壤中含砷有機(jī)物含量及種類；獲取土壤、及地下水地質(zhì)條件，確定污染情況；
[0016]步驟2):在確定好的土壤污染帶上方，建立微波修復(fù)系統(tǒng)，在土壤中鋪設(shè)微波吸收材料，并埋設(shè)數(shù)個(gè)溫度感應(yīng)器；打開微波發(fā)生器，由微波加熱裝置加熱，由輻射器傳輸照射在土壤表面，土壤中的微波吸收材料吸收微波，在土壤中傳遞溫度，使土壤迅速升溫；由溫度感應(yīng)器測量溫度，在溫度達(dá)到500 °C時(shí)，控制中心自動調(diào)節(jié)微波功率，使土壤的溫度平衡，保持在500°C ±5°C范圍內(nèi)；
[0017]步驟3):經(jīng)過微波修復(fù)后，土壤中易揮發(fā)有機(jī)物生成氣體從土壤中揮發(fā)出來，由廢氣吸收裝置吸收并做下一步處理，分解后的有機(jī)物降低了毒性，在土壤中由微生物降解；
[0018]步驟4):打開閥門，氧化劑由蠕動泵從氧化劑藥箱經(jīng)過管道輸送到氧化劑加藥井中，通過PH調(diào)節(jié)器調(diào)整PH至3，通過注射器注入加藥井，使土壤中的含砷有機(jī)物在微波催化下發(fā)生氧化反應(yīng)，將土壤中的三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷，反應(yīng)2小時(shí)后，通過PH調(diào)節(jié)器將PH調(diào)制中性；
[0019]步驟5):關(guān)閉微波修復(fù)系統(tǒng)，在污染土壤區(qū)域表面種植超富集植物蜈蚣蕨，每年收割蜈蚣蕨3-4次，將蜈蚣蕨收割后做進(jìn)一步處理；
[0020]步驟6):重復(fù)步驟2)至步驟5)，輪流進(jìn)行修復(fù)處理，直至修復(fù)完成。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
[0022](I)微波修復(fù)設(shè)備耗能大，成本高，針對原位修復(fù)不宜長期使用，因此配合植物修復(fù)輪流進(jìn)行，達(dá)到了節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的目的。
[0023](2)種植蜈蚣蕨于污染土壤地面上，可迅速、高效地富集大量的砷到其羽葉上。待葉片收集砷達(dá)到一定量至冬季，可收割做后期處理，此時(shí)配合微波修復(fù)對土壤進(jìn)行修復(fù)；待春季蜈蚣草生長季節(jié)再次植入對土壤進(jìn)行植物修復(fù)，以此循環(huán)往復(fù)做循環(huán)修復(fù)處理。該微波修復(fù)結(jié)合化學(xué)氧化法、并聯(lián)合植物修復(fù)間歇輪流修復(fù)土壤的技術(shù)可有效地對土壤中有機(jī)物做深度處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本微波氧化聯(lián)合植物修復(fù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中標(biāo)號:
[0026]1-微波加熱裝置、2-微波發(fā)生器、3-集氣棚、4-輻射器、5-蠕動泵、6_閥門、7_氧化劑藥箱、8-溫度感應(yīng)器、9-氧化劑加藥井、10-土壤污染帶、11-高富集植物種植區(qū)、12-廢氣處理裝置、13-微波吸收材料、14-管道、15-控制中心、16-PH調(diào)節(jié)器。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明提供了一種針對土壤中含砷有機(jī)物的多重聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)及方法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0028]該系統(tǒng)如圖1所示，由微波修復(fù)系統(tǒng)、化學(xué)氧化系統(tǒng)以及植物修復(fù)系統(tǒng)組成。
[0029]微波修復(fù)系統(tǒng)的組成為:微波發(fā)生器2懸掛設(shè)置在土壤污染帶10上方，并在微波發(fā)生器2面向土壤的一側(cè)連接若干個(gè)輻射器4 ;在微波發(fā)生器2的上方設(shè)置微波加熱裝置I，并設(shè)置集氣棚3將微波加熱裝置1、微波發(fā)生器2及土壤污染帶10籠罩在內(nèi)，集氣棚3通過管道與廢氣處理裝置12連接；土壤污染帶10內(nèi)散布微波吸收材料13，并設(shè)置若干個(gè)溫度感應(yīng)器8 ;控制中心15分別與溫度感應(yīng)器8、微波發(fā)生器2連接。
[0030]化學(xué)氧化系統(tǒng)的組成為:在土壤污染帶10的區(qū)域內(nèi)挖設(shè)若干個(gè)氧化劑加藥井9，各個(gè)加藥井9分別通過管道14、蠕動泵5和閥門6與氧化劑藥箱7連接，PH調(diào)節(jié)器16數(shù)個(gè)分別與對應(yīng)的加藥井9連接。
[0031]植物修復(fù)系統(tǒng)為種植在土壤污染帶10表面的具有富集五價(jià)砷功能的植物。
[0032]使用該系統(tǒng)對砷污染土壤進(jìn)行修復(fù)時(shí)，按以下步驟進(jìn)行:
[0033]步驟I):調(diào)查土壤污染帶，確定位置及污染區(qū)域面積，檢測土壤中含砷有機(jī)物含量及種類；獲取土壤、及地下水地質(zhì)條件，確定污染情況以及氧化劑注射井的位置、深度和結(jié)構(gòu)；
[0034]步驟2):在確定好的土壤污染帶上方，建立微波修復(fù)系統(tǒng)，在土壤中鋪設(shè)微波吸收材料13，并埋設(shè)數(shù)個(gè)溫度感應(yīng)器8 ;打開微波發(fā)生器2，由微波加熱裝置I加熱，由輻射器4傳輸照射在土壤表面，土壤中的微波吸收材料13吸收微波，在土壤中傳遞溫度，使土壤迅速升溫；由溫度感應(yīng)器8測量溫度，在溫度達(dá)到500°C時(shí)，控制中心15自動調(diào)節(jié)微波功率，使土壤的溫度平衡；
[0035]步驟3):經(jīng)過微波修復(fù)后，土壤中易揮發(fā)有機(jī)物生成氣體從土壤中揮發(fā)出來，通過集氣棚3收集并由廢氣吸收裝置12吸收并做下一步處理，分解后的有機(jī)物降低了毒性，在土壤中由微生物降解；
[0036]步驟4):打開閥門6，氧化劑由蠕動泵5從氧化劑藥箱7經(jīng)過管道輸送到氧化劑加藥井9中，通過注射器注入加藥井，調(diào)節(jié)PH至3，使土壤中的含砷有機(jī)物在微波催化下發(fā)生氧化反應(yīng)，將土壤中的三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷，反應(yīng)2小時(shí)后，將PH調(diào)至中性；氧化劑主要是芬頓試劑，由過氧化氫結(jié)合硫酸亞鐵催化劑組成，過氧化氫中的羥自由基氧化性極強(qiáng)，配合硫酸亞鐵的催化作用，將土壤中的三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷，降低毒性，并易降解；同時(shí)，微波技術(shù)對化學(xué)氧化反應(yīng)中過氧化氫的氧化也有促進(jìn)作用；
[0037]步驟5):關(guān)閉微波修復(fù)系統(tǒng)，在污染土壤區(qū)域表面種植超富集植物蜈蚣蕨，形成高富集植物種植區(qū)11，每年收割蜈蚣蕨3-4次，將蜈蚣蕨收割后做進(jìn)一步處理；收割期間配合微波照射催化突然中易揮發(fā)、易分解有機(jī)物反應(yīng)；
[0038]步驟6):重復(fù)步驟2)至步驟5)，輪流進(jìn)行修復(fù)處理，直至修復(fù)完成；修復(fù)過程是間歇、長期進(jìn)行的，可達(dá)到盡量不損害土壤生態(tài)系統(tǒng)并有效處理土壤中大面積含砷有機(jī)物的效果。
[0039]在此三大系統(tǒng)中，化學(xué)氧化系統(tǒng)可長期定量注入氧化劑于土壤中。微波修復(fù)系統(tǒng)與植物修復(fù)系統(tǒng)將輪流進(jìn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種針對土壤中含砷有機(jī)物的多重聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，由微波修復(fù)系統(tǒng)、化學(xué)氧化系統(tǒng)以及植物修復(fù)系統(tǒng)組成； 所述微波修復(fù)系統(tǒng)的組成為:微波發(fā)生器(2)懸掛設(shè)置在土壤污染帶(10)上方，并在微波發(fā)生器(2)面向土壤的一側(cè)連接若干個(gè)輻射器(4);在微波發(fā)生器(2)的上方設(shè)置微波加熱裝置(I)，并設(shè)置集氣棚(3 )將微波加熱裝置(I)、微波發(fā)生器(2 )及土壤污染帶(10 )籠罩在內(nèi)，集氣棚(3)通過管道與廢氣處理裝置(12)連接；土壤污染帶(10)內(nèi)散布微波吸收材料(13)，并設(shè)置若干個(gè)溫度感應(yīng)器(8);控制中心(15)分別與溫度感應(yīng)器(8)、微波發(fā)生器(2)連接； 所述化學(xué)氧化系統(tǒng)的組成為:在土壤污染帶(10)的區(qū)域內(nèi)挖設(shè)若干個(gè)氧化劑加藥井(9),各個(gè)加藥井(9)分別通過蠕動泵(5)和閥門(6)與氧化劑藥箱(7)連接；PH調(diào)節(jié)器(16)與加藥井(9)相連接； 所述植物修復(fù)系統(tǒng)為種植在土壤污染帶(10)表面的具有富集五價(jià)砷功能的植物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對土壤中含砷有機(jī)物的多重聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述植物修復(fù)系統(tǒng)采用的植物為蜈蚣蕨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對土壤中含砷有機(jī)物的多重聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化系統(tǒng)中使用的氧化劑為芬頓試劑。
4.一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的聯(lián)合修復(fù)方法，其特征在于，由微波修復(fù)系統(tǒng)、化學(xué)氧化系統(tǒng)以及植物修復(fù)系統(tǒng)共同作用實(shí)現(xiàn)，具體步驟為: 步驟I):調(diào)查土壤污染帶，確定位置及污染區(qū)域面積，檢測土壤中含砷有機(jī)物含量及種類；獲取土壤、及地下水地質(zhì)條件，確定污染情況； 步驟2):在確定好的土壤污染帶上方，建立微波修復(fù)系統(tǒng)，在土壤中鋪設(shè)微波吸收材料(13)，并埋設(shè)數(shù)個(gè)溫度感應(yīng)器(8);打開微波發(fā)生器(2)，由微波加熱裝置(I)加熱，由輻射器(4)傳輸照射在土壤表面，土壤中的微波吸收材料(13)吸收微波，在土壤中傳遞溫度，使土壤迅速升溫；由溫度感應(yīng)器(8)測量溫度，在溫度達(dá)到500°C時(shí)，控制中心(15)自動調(diào)節(jié)微波功率，使土壤的溫度平衡，保持在500°C ±5°C范圍內(nèi)； 步驟3):經(jīng)過微波修復(fù)后，土壤中易揮發(fā)有機(jī)物生成氣體從土壤中揮發(fā)出來，由廢氣吸收裝置(12)吸收并做下一步處理，分解后的有機(jī)物降低了毒性，在土壤中由微生物降解；步驟4 ):打開閥門(6 )，氧化劑由蠕動泵(5 )從氧化劑藥箱(7 )經(jīng)過管道輸送到氧化劑加藥井(9)中，通過PH調(diào)節(jié)器(16)調(diào)節(jié)PH至3，通過注射器注入加藥井(9)，使土壤中的含砷有機(jī)物在微波催化下發(fā)生氧化反應(yīng)，將土壤中的三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷，反應(yīng)2小時(shí)后，通過PH調(diào)節(jié)器(16)將PH調(diào)制中性； 步驟5):關(guān)閉微波修復(fù)系統(tǒng)，在污染土壤區(qū)域表面種植超富集植物蜈蚣蕨，每年收割蜈蚣蕨3-4次，將蜈蚣蕨收割后做進(jìn)一步處理； 步驟6):重復(fù)步驟2)至步驟5)，輪流進(jìn)行修復(fù)處理，直至修復(fù)完成。
【文檔編號】B09C1/10GK103639182SQ201310687341
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】何理, 李小萌, 盧宏瑋, 李晶, 申婧 申請人:華北電力大學(xué)