基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明通過模擬植物毛細(xì)現(xiàn)象和蒸騰作用，提供了一種污染土壤原位自持修復(fù)裝置及采用該裝置進(jìn)行土壤修復(fù)的方法。所述修復(fù)裝置包括如下部件：主體、填料、蒸發(fā)器和配件；主體為中空管件；填料緊密填充于主體管件中，依靠配件支撐住填料；蒸發(fā)器安置于主體管件頂端；配件主要為安裝其他部件的支撐材料。根據(jù)土壤污染情況選擇修復(fù)裝置的規(guī)格和布控密度及深度，插入土壤中，利用修復(fù)裝置的毛細(xì)現(xiàn)象和蒸騰作用來帶動遷移土壤中的污染物，將土壤中的污染物轉(zhuǎn)移至修復(fù)裝置中，從而使土壤中的污染物得以有效去除。
【專利說明】基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污染土壤的修復(fù)裝置和方法，特別涉及基于植物仿生，對受重金屬污染、有機(jī)物污染的土壤進(jìn)行原位自持修復(fù)的修復(fù)裝置和方法，屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類不可缺少、不可再生的自然資源，也是人類環(huán)境的重要組成部分。土壤污染對人類的危害極大，它不僅直接導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，而且通過食物鏈影響人體健康。此外，土壤中的污染物通過地下水以及污染物的轉(zhuǎn)移構(gòu)成對人類生存環(huán)境多個層面上的不良脅迫和危害。
[0003]目前，土壤污染的修復(fù)技術(shù)主要包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和綜合修復(fù)等幾大類，這些技術(shù)在理論和技術(shù)上都具有可行性。
[0004]1、物理修復(fù)
[0005]物理修復(fù)是指通過各種物理過程將污染物從土壤中去除或分離的技術(shù)。
[0006]2、化學(xué)修復(fù)
[0007]相對于物理修復(fù)，污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)發(fā)展較早，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)以及電動力學(xué)修復(fù)等。
[0008]3、生物修復(fù)
[0009]生物修復(fù)是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】的熱點問題，也是最具挑戰(zhàn)的研究方向之一。目前，生物修復(fù)主要包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)，以及生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等。
[0010]微生物修復(fù)主要利用原土壤中的土著微生物或向污染環(huán)境補(bǔ)充經(jīng)過馴化的高效微生物，在優(yōu)化的操作條件下，通過生物還原反應(yīng)修復(fù)被污染土壤。目前的微生物修復(fù)多處于室內(nèi)研究階段。
[0011]植物修復(fù)技術(shù)包括利用超積累或積累性功能的植物吸取修復(fù)、利用植物根系控制污染擴(kuò)散和恢復(fù)生態(tài)功能的植物穩(wěn)定修復(fù)、利用植物代謝功能的植物降解修復(fù)、利用植物轉(zhuǎn)化功能的植物揮發(fā)修復(fù)、利用植物根系吸附的植物過濾修復(fù)等技術(shù)。
[0012]以上有關(guān)污染土壤(重金屬，有機(jī)物污染等)的修復(fù)技術(shù)，已取得系統(tǒng)工程的共識，但是綜合修復(fù)工程仍不成熟，尚存在技術(shù)局限性，比如物理修復(fù)會對土壤理化性質(zhì)造成改變，影響循環(huán)使用，化學(xué)修復(fù)的工程成本較高，處理效率受限，微生物修復(fù)難以大規(guī)模應(yīng)用，局限于實驗室范圍；植物修復(fù)受限于氣候環(huán)境、植物生長周期、植物耐受度等問題。因此亟需開發(fā)一種成本低廉、快速高效、操作簡便的污染土壤修復(fù)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對目前土壤修復(fù)技術(shù)的不足，本發(fā)明通過模擬植物蒸騰作用，提供了一種成本低廉、能夠?qū)崿F(xiàn)自我持續(xù)、操作簡便、快速高效、可回收利用，同時對土壤理化性質(zhì)擾動較小、氣候依賴性較低的污染土壤原位自持修復(fù)裝置和方法(簡稱為PTSAS修復(fù)技術(shù))。
[0014]本發(fā)明的上述目的可采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)。[0015]本發(fā)明所述的修復(fù)裝置是一種類似于植物結(jié)構(gòu)的裝置，含有與植物根系功能類似的具有毛細(xì)現(xiàn)象的主體與填料、與植物葉片功能類似的可產(chǎn)生蒸騰作用的蒸發(fā)器。具體而言,主要包括如下部件:主體、填料、蒸發(fā)器和配件；主體為采用高分子疏水材料、親水性多孔陶瓷管或綠色環(huán)保生物質(zhì)材料等制成的中空管件；所述填料為具有多孔狀結(jié)構(gòu)的高效吸附劑、土壤鈍化劑、生物質(zhì)廢料或納米功能性材料等，緊密填充于主體管件中，依靠配件支撐住填料，可在裝置中產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象；蒸發(fā)器為具有比表面積的材料制品，安置于主體管件上部，使水汽從主體通過蒸發(fā)器散發(fā)，在裝置頂端產(chǎn)生蒸騰作用；配件為支撐網(wǎng)或其他固定支撐材料，主要是安裝其他部件的支撐材料。
[0016]主體主要對整個裝置起支撐作用，因此管件主要選擇具有承壓、抗沖擊性的材料制品，可選用聚丙烯、亞克力、聚氯乙烯等高分子疏水材料制品，也可利用親水性多孔陶瓷管，或綠色環(huán)保生物質(zhì)材料制品，如竹竿等；主體可以是任意尺寸和任意形狀的中空管件，根據(jù)土壤污染程度和需處理的土壤面積調(diào)整尺寸。
[0017]填料具有多孔狀結(jié)構(gòu)，緊密填放在管件中會產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象，帶動水分或溶液向上。填料用于吸附、鈍化來自土壤的可溶性污染物，并截留于修復(fù)裝置中，因此選用可以吸附、鈍化土壤中可溶性污染物的材料，以高效吸附劑、土壤鈍化劑、生物質(zhì)廢料、納米功能性材料等為主，如工業(yè)活性炭，生物質(zhì)活性炭(秸桿炭、棉桿炭)、草木灰、陽離子交換樹脂、坡縷石、海泡石、高嶺土、納米級羥基磷灰石等；吸附劑可以對污染物進(jìn)行富集(去除)吸附，鈍化劑可以對污染物中的重金屬進(jìn)行截留，改變污染物形態(tài)。
[0018]蒸發(fā)器采用具有比表面積的材料制成，能夠促進(jìn)水分蒸發(fā)，同時產(chǎn)生頂端蒸騰拉力，加速水分?jǐn)y帶可溶性污染物從土壤溶液向修復(fù)裝置遷移，所以蒸發(fā)器一般選用親水性、蓬松狀、并且具有較大比表面積的纖維質(zhì)材料制成，如:棉紗、粘膠纖維、紡織廢料等；蒸發(fā)器比表面積的大小直接影響蒸發(fā)速率，因此比表面積越大越好。蒸發(fā)器形狀可以是圓柱形、條形或其他形狀。
[0019]配件主要包括支撐網(wǎng)等固定支撐材料。配件的目的主要是支撐住填料和其他部件，防止內(nèi)部填料損失或污染。
[0020]修復(fù)裝置的部件還可以包括滲透膜，滲透膜通過配件附著于主體底部，也可以通過配件附著于主體內(nèi)壁和底部；由于配件主要是支撐填料不泄露，因此滲透膜與主體內(nèi)壁間可以不用配件，而是直接附著于主體內(nèi)壁。滲透膜的選擇以重金屬、有機(jī)污染物能通過，同時能截留土壤大分子、養(yǎng)分等為標(biāo)準(zhǔn)，在修復(fù)土壤的同時，防止土壤養(yǎng)分流失；可采用納米纖維復(fù)合膜等。
[0021]本發(fā)明所述的基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)方法，是根據(jù)土壤污染情況選擇修復(fù)裝置的規(guī)格和布控密度，污染越嚴(yán)重，裝置布控越多；土壤污染越深，裝置越長，且插入土壤的深度越深；將前述具有毛細(xì)現(xiàn)象和能產(chǎn)生蒸騰作用的修復(fù)裝置插入土壤中，利用修復(fù)裝置的毛細(xì)現(xiàn)象和蒸騰作用來帶動遷移土壤中的污染物，將土壤中的污染物轉(zhuǎn)移至修復(fù)裝置中，從而使土壤中的污染物得以有效去除。如一次修復(fù)裝置的使用不能使土壤達(dá)標(biāo)，可對填料取樣檢測確認(rèn)飽和后，更換填料，修復(fù)可反復(fù)進(jìn)行，直到土壤達(dá)標(biāo)。修復(fù)裝置也可經(jīng)多次使用。
[0022]為加速土壤的修復(fù)過程，還可以加入水或其他可以加速土壤中可溶性污染物溶解的綠色環(huán)保溶液作為淋洗液對待修復(fù)土壤進(jìn)行淋洗。為避免對土壤造成二次污染，所述淋洗液主要是生物可降解螯合劑、生物表面活性劑或天然有機(jī)酸，優(yōu)選為乙二胺二琥珀酸溶液、液態(tài)縮氨酸或檸檬酸。通過定時定量添加一定的淋洗液促進(jìn)土壤中可溶性污染物的浸出，可選淋洗液配比見表1。
[0023]表1淋洗液配比
[0024]
【權(quán)利要求】
1.基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)裝置，其特征在于，包括如下部件:主體、填料、蒸發(fā)器和配件；主體為采用高分子疏水材料、親水性多孔陶瓷管或綠色環(huán)保生物質(zhì)材料等制成的中空管件；所述填料為具有多孔狀結(jié)構(gòu)的高效吸附劑、土壤鈍化劑、生物質(zhì)廢料或納米功能性材料等，緊密填充于主體管件中，依靠配件支撐住填料，可在裝置中產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象；蒸發(fā)器為具有比表面積的材料制品，安置于主體管件上部，能在裝置頂端產(chǎn)生蒸騰作用；配件為支撐網(wǎng)或其他固定支撐材料，主要是安裝其他部件的支撐材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)裝置，其特征在于，所述部件還包括能使重金屬、有機(jī)污染物通過，截留土壤大分子、養(yǎng)分的滲透膜，滲透膜通過配件附著于主體底部或主體的內(nèi)壁和底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)裝置進(jìn)行污染土壤原位自持修復(fù)的方法，其特征在于，根據(jù)土壤污染情況選擇修復(fù)裝置的規(guī)格和布控密度，將修復(fù)裝置插入土壤內(nèi)，直到土壤達(dá)標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)方法，其特征在于，填料取樣檢測確認(rèn)飽和時土壤還未達(dá)標(biāo)，則更換填料，修復(fù)可反復(fù)進(jìn)行，直到土壤達(dá)標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)方法，其特征在于，加入水或其他可以加速土壤中可溶性污染物溶解的綠色環(huán)保溶液作為淋洗劑對待修復(fù)土壤進(jìn)行淋洗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)方法，其特征在于，其他淋洗劑優(yōu)選:乙二胺二琥珀酸溶液、液態(tài)縮氨酸或檸檬酸。
【文檔編號】B09C1/08GK103736719SQ201410001839
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】徐愿堅, 韓君, 楊舒, 徐貴華, 陳鳳貴 申請人:重慶綠色智能技術(shù)研究院