本發(fā)明涉及環(huán)境保護中核安全，具體涉及一種基于微波加速固化的手持式快速修復放射性核素137cs(銫-137)污染土壤的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著核能的發(fā)展和廣泛應用，放射性污染土壤的問題逐漸引起人們的關(guān)注。這些土壤主要來源于核廢料處理和儲存設施，以及放射性礦物(鈾礦，稀土伴生礦)的開采。由于放射性物質(zhì)的半衰期長達數(shù)十年甚至上千年，這種污染對環(huán)境和人類健康構(gòu)成長期威脅。然而，傳統(tǒng)處理放射性污染土壤的方法包括化學、生物和物理處理，這些方法雖可降低土壤中的放射性物質(zhì)，但存在局限性。例如化學修復中的土壤淋洗技術(shù)，雖然其處理效果好，但工程量較大，成本較高，難以實現(xiàn)大規(guī)模應用；生物修復中的動植物和微生物修復技術(shù)對外部環(huán)境條件要求較為嚴格，且修復時間較長；物理修復中的換土/焚燒法，成本和耗能較高，且容易破壞土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)并造成二次污染；因此，開發(fā)一種快速、有效且環(huán)保的放射性污染土壤修復裝置和方法具有重要意義。

2、近年來，微波技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應用逐漸受到重視。因為微波技術(shù)具備高效且均勻加熱物質(zhì)的能力；其次，分子在微波的作用下快速振動，這種振動致使化學鍵斷裂，從而顯著加速化學反應的進行；以及微波技術(shù)能快速加熱，在短時間內(nèi)達到預設溫度，因此大幅度減少能源消耗等諸多優(yōu)勢而獨樹一幟；此外，在固化技術(shù)方面，微波的加入也顯著提高了固化效率和效果；一方面，微波加熱可以快速均勻地加熱材料，避免換土/焚燒法中成本和耗能較高的問題；另一方面，微波技術(shù)可以加速化學反應，提高固化效率。而當微波與固化技術(shù)相結(jié)合時，可以解決土壤淋洗技術(shù)中難以大規(guī)模應用，以及生物修復技術(shù)中對外部環(huán)境條件要求嚴格和修復時間長的問題；因此，微波技術(shù)憑借其快速、均勻加熱的特性以及提高化學反應效率、環(huán)保節(jié)能、對土壤中微生物影響較小等優(yōu)點，在污染土壤修復領(lǐng)域的應用具有廣闊的前景和深遠的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種可以微波和固化技術(shù)相互結(jié)合，從而實現(xiàn)對含有放射性核素137cs的土壤進行修復的放射性核素137cs污染土壤快速修復裝置。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種放射性核素137cs污染土壤快速修復裝置，該裝置包括激發(fā)劑和原料添加口、電源、微波裝置、輔助擠壓桿、含有噴射頭的壓力板和實心壓力板(兩個板之間不需要連接，只是單純的將實心壓力板安排在上方)；所述的實心壓力板位于所述的含有噴射頭的壓力板的上部，所述的電源和微波裝置置于所述的實心壓力板的上方，所述的含有噴射頭的壓力板上設置有噴射頭，所述的輔助擠壓桿穿過所述的實心壓力板進入至所述的噴射頭內(nèi)、用于對噴射頭進行擠壓；所述的噴射頭內(nèi)用于容置激發(fā)劑和原料，所述的輔助擠壓桿用于推動所述的激發(fā)劑和原料進入至土壤內(nèi)。

3、采用上述方案，本技術(shù)這種裝置集合了微波裝置和輔助擠壓桿以及噴射頭，通過輔助擠壓桿和噴射頭將激發(fā)劑和原料輸送至土壤內(nèi)，從而與土壤中的放射性核素137cs(銫-137)進行反應，生成穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物；最后，利用微波快速均勻加熱和低熔點添加劑的特性(快速燒結(jié))，在短時間(0.5h-1h內(nèi))促使生成的含137cs地質(zhì)聚合物快速固化成型；本技術(shù)的這種裝置可以實現(xiàn)快速養(yǎng)護和固化結(jié)合，能夠快速處置放射性核素137cs污染土壤，實現(xiàn)137cs快速固化，極大提升了核素137cs污染土壤應急處置的效率，降低了核素擴散進入環(huán)境的風險，保障了環(huán)境和生命財產(chǎn)安全。

4、進一步的，所述的電源為鋰電池，用于對所述的微波裝置供電；采用該結(jié)構(gòu)，可以方便實現(xiàn)微波裝置的功能，不需要外置電源線。

5、進一步的，所述的噴射頭凸出于所述的含有噴射頭的壓力板的下底面，采用該結(jié)構(gòu)，方便激發(fā)劑和原料進入到土壤內(nèi)部。

6、進一步的，所述的實心壓力板的側(cè)壁設置有組配結(jié)構(gòu)，所述的組配結(jié)構(gòu)用于相鄰實心壓力板的組裝；采用該結(jié)構(gòu)，當大面積的進行土壤處理時，可以擴張本技術(shù)裝置的面積，提高處理效率。

7、進一步的，所述的微波裝置設置有四個，分設于所述的實心壓力板靠四角位置；采用該結(jié)構(gòu)，可以更加均勻的進行加熱，使得土壤受熱均衡，更利于土壤的固化。

8、進一步的，所述的含有噴射頭的壓力板每隔10cmx10cm的面積內(nèi)配置一個噴射頭；可以更加均衡的實現(xiàn)對土壤的修復。

9、本技術(shù)還提供一種利用上述放射性核素137cs污染土壤快速修復裝置進行土壤修復的方法，具體的步驟包括：

10、(1)首先將該裝置放射性核素137cs污染土壤快速修復裝置置于待處理的土壤上部；然后將低熔點添加劑和活性硅鋁質(zhì)原料倒入實心壓力板和噴頭板之間的空間；然后利用輔助擠壓桿，將配備噴射頭的壓力板(上方壓力板不動，先將含噴射頭壓力板的噴射頭下壓至土壤中；實心壓力板在側(cè)壁設置滑軌，相對的一側(cè)設置滑槽，滑軌滑動裝配滑槽內(nèi)，實現(xiàn)多個實心壓力板的組合；當然在另一對側(cè)壁上也可以設置相應的滑軌和滑槽結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)實心壓力板各個側(cè)面的延展；采用該結(jié)構(gòu)，當大面積的進行土壤處理時，可以擴張本技術(shù)裝置的面積，提高處理效率)下壓至土壤中；

11、(2)接著，利用輔助擠壓桿將低熔點添加劑和活性硅鋁質(zhì)原料擠壓至土壤5cm深處；

12、(3)隨后，將三元復合激發(fā)劑倒入實心壓力板和噴頭之間的空間，并再次利用輔助擠壓桿將三元復合激發(fā)劑擠至土壤下方5厘米處；激發(fā)劑與活性硅鋁質(zhì)原料和137cs污染土壤發(fā)生化學反應后生成穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物；

13、(4)最后，啟動微波裝置快速均勻加熱和低熔點添加劑的特性(快速燒結(jié))，促使生成的含137cs地質(zhì)聚合物快速固化成型。

14、進一步的，所述的低熔點添加劑為磷酸玻璃粉，所述的活性硅鋁質(zhì)原料為高鋁礦渣。

15、進一步的，所述的三元復合激發(fā)劑為氫氧化鈉、氫氧化鈣和碳酸鈉，三者的重量比為1：1.5-3：0.5-1.5。

16、進一步的，所述的活性硅鋁質(zhì)原料、三元復合激發(fā)劑和低熔點添加劑的重量比為20-30：18-22：1。

17、更進一步的，所述的活性硅鋁質(zhì)原料、三元復合激發(fā)劑和低熔點添加劑的重量比為25：20：1。

18、進一步的，本方法適用于含137cs大于1.48x10-2bq/g的土壤的修復處理。

19、進一步的，啟動微波裝置快速均勻加熱的加熱時間為0.5h-1h。

20、本技術(shù)的優(yōu)點和有益效果：

21、1.與傳統(tǒng)的修復方法相比，本技術(shù)引入活性硅鋁質(zhì)原料(高鋁礦渣)、三元復合激發(fā)劑(氫氧化鈉、氫氧化鈣和碳酸鈉)和低熔點添加劑(磷酸玻璃粉)作為固化放射性核素137cs污染土壤的原材料，在此基礎(chǔ)上采用微波快速養(yǎng)護和固化工藝結(jié)合的方法和裝置能夠快速處置放射性核素137cs污染土壤，實現(xiàn)137cs快速固化；該方法和裝置極大提升了核素137cs污染土壤應急處置的效率，降低了核素進入環(huán)境的風險，保障了環(huán)境和生命財產(chǎn)安全。

22、2.本技術(shù)的方案采用的活性硅鋁質(zhì)原料主要選用高鋁礦渣，它提供了生成地質(zhì)聚合物所需的硅、鋁元素，并通過地質(zhì)聚合反應生成地質(zhì)聚合物水化產(chǎn)物的特殊三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；原料的種類、組成和性質(zhì)直接影響地質(zhì)聚合物的性能，如力學強度、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；而上述活性硅鋁質(zhì)原料的選用可以提高本技術(shù)獲得的地質(zhì)聚合物力學強度、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

23、3.本技術(shù)在制備過程，采用低熔點添加劑的主要作用是降低地質(zhì)聚合物的生成溫度，從而有效節(jié)約能源和經(jīng)濟成本；而活性硅鋁質(zhì)原料和三元復合激發(fā)劑則通過地質(zhì)聚合反應產(chǎn)生地質(zhì)聚合物膠凝材料，地質(zhì)聚合物膠凝材料能夠有效固定放射性污染土壤中的放射性核素；而且本技術(shù)利用輔助擠壓桿將配備噴射頭的壓力板下壓至土壤中，同時避免污染土處置人員和土壤的直接接觸，減少放射性危害發(fā)生的概率；在考慮到土壤的密實度以及裝置的內(nèi)部容量后，將壓力板下壓至土壤5cm深處是最佳的選擇。

24、4.本技術(shù)在制備過程，利用輔助擠壓桿將低熔點添加劑(磷酸玻璃粉)和活性硅鋁質(zhì)原料(高鋁礦渣)依靠空氣擠壓至土壤5cm深處；隨后，將三元復合激發(fā)劑溶液(氫氧化鈉：氫氧化鈣：碳酸鈉＝1：2：1)倒入實心壓力板和噴頭之間的空間，并再次利用輔助擠壓桿扣住把手，將三元復合激發(fā)劑擠至土壤下方5厘米處；這里要注意不能同時添加低熔點添加劑、硅鋁質(zhì)原料和三元復合激發(fā)劑溶液，因為低熔點添加劑和活性硅鋁質(zhì)原料為粉末狀，三元復合激發(fā)劑溶液為液體，同時添加會發(fā)生化學反應，導致混合物流動性降低，從而難以進行有效擠壓；這些激發(fā)劑與活性硅鋁質(zhì)原料和137cs污染土壤發(fā)生化學反應后生成穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物；最后，利用微波快速均勻加熱和低熔點添加劑的特性(快速燒結(jié))，在短時間(0.5h-1h內(nèi))促使生成的含137cs地質(zhì)聚合物快速固化成型。

25、5.本技術(shù)首次將微波、活性硅鋁質(zhì)原料、三元復合激發(fā)劑以及低熔點添加劑進行有效的組合，首先通過特定組分的低熔點添加劑(磷酸玻璃粉)和活性硅鋁質(zhì)原料(高鋁礦渣)降低地質(zhì)聚合物的生成溫度，從而有效節(jié)約能源，降低處置成本；然后采用特定組分的三元復合激發(fā)劑(氫氧化鈉、氫氧化鈣和碳酸鈉)和活性硅鋁質(zhì)原料以及137cs污染土壤發(fā)生化學反應后生成穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物，地質(zhì)聚合物能夠有效地固定放射性污染土壤中的放射性核素；最后，利用微波快速均勻加熱和低熔點添加劑的特性(快速燒結(jié))，在短時間(0.5h-1h內(nèi))促使生成的含137cs地質(zhì)聚合物快速固化成型。