微波輔助化學(xué)淋洗修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地土壤的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)中的土壤修復(fù)裝置及方法領(lǐng)域，具體涉及一種微波輔助化學(xué)淋洗修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地土壤的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模地不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整地深入推進(jìn)，大量工業(yè)企業(yè)被關(guān)停并轉(zhuǎn)、破產(chǎn)或搬迀，遺留的重金屬污染場(chǎng)地作為城市建設(shè)用地被再次開發(fā)利用，再加上農(nóng)業(yè)生中大量使用含有重金屬的化肥農(nóng)藥以及污水灌溉、污泥農(nóng)用等，重金屬土壤污染面積不斷擴(kuò)大，土壤重金屬污染已成為備受關(guān)注的全球性環(huán)境問題之一。
[0003]土壤重金屬污染具有長(zhǎng)期性、隱蔽性和不可逆性的特點(diǎn)，直接或間接地污染地下水、空氣，危害農(nóng)作物等生物，危及人類的健康和生命。污染土壤修復(fù)方法與技術(shù)的研究起步于20世紀(jì)70年代后期，經(jīng)過30多年全球范圍的研究與應(yīng)用，得到了快速發(fā)展，逐漸形成了物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)以及聯(lián)合修復(fù)方法與技術(shù)體系。土壤淋洗修復(fù)技術(shù)是一種物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)，可以將污染物從土壤中去除而轉(zhuǎn)移到淋洗液中，從而完成土壤修復(fù)。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)污染物的減量化和無害化轉(zhuǎn)化。但是傳統(tǒng)淋洗修復(fù)技術(shù)所用修復(fù)周期較長(zhǎng)，修復(fù)效率相對(duì)較低，而且對(duì)污染土壤的淋洗修復(fù)程度不均勻。
[0004]那么如何進(jìn)一步縮短淋洗修復(fù)時(shí)間，減少修復(fù)的周期，是土壤淋洗修復(fù)技術(shù)的最新研究方向。與傳統(tǒng)污染土壤淋洗修復(fù)技術(shù)相比，微波輔助淋洗修復(fù)技術(shù)是指整個(gè)化學(xué)淋洗過程在完全密閉的微波環(huán)境中進(jìn)行，利用微波的能量輔助化學(xué)淋洗過程，這不僅可以提高土壤中重金屬的淋洗去除率，還可大大縮短淋洗修復(fù)時(shí)間，提高淋洗效率。近年來，微波作為一種常用的輔助能量，已經(jīng)被引入到環(huán)境樣品中的重金屬形態(tài)分析。專利申請(qǐng)2013100493540:—種微波輔助化學(xué)淋洗修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地土壤的方法公開了一種利用淋洗劑H)DS微波輔助化學(xué)淋洗鉛、鋅、鎘污染土壤的方法，發(fā)現(xiàn)微波輔助化學(xué)淋洗相對(duì)于傳統(tǒng)淋洗修復(fù)技術(shù)可以對(duì)重金屬提高10% — 50%的修復(fù)效率，同時(shí)淋洗修復(fù)時(shí)間由傳統(tǒng)的數(shù)小時(shí)縮短到十分鐘左右。Kuo [Kuo C Y, Wu C H, Lo S L.2005.Removal of copperfrom industrial sludge by tradit1nal and microwave acid extract1n.Journal ofHazardous Materials.120(1-3):249-256.]研究對(duì)比了傳統(tǒng)方法與微波作用下不同酸去除工業(yè)污泥中的銅的效率，發(fā)現(xiàn)在一定功率、作用時(shí)間下，微波可以提高酸對(duì)污泥中銅的去除率。Xue [Xue J, Wang W，Wang Q H, et al.2010.Removal of heavy metals for municipalsol id waste incinerat1n (MSffI) fly ash by tradit1nal and microwave acidextract1n Journal of Chemical Technology and B1technology.85(9):1268-1277].等通過研究提出微波輻射可加速市政固體廢物焚燒灰燼中有毒重金屬Zn、Pb、Cu、Cr的溶解，縮短處理時(shí)間，提高重金屬去除效率。國(guó)內(nèi)的土壤淋洗技術(shù)近年來也有所發(fā)展，但是與國(guó)際上還有一定的差距，尚未形成規(guī)?；某商琢芟囱b置。2014年南京大學(xué)劉志超在移動(dòng)式物理強(qiáng)化土壤修復(fù)技術(shù)的設(shè)備化研究與應(yīng)用中介紹了一臺(tái)微波輔助化學(xué)淋洗修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地土壤的設(shè)備裝置，該設(shè)備包括依次相連的儲(chǔ)水槽和淋洗劑儲(chǔ)槽、土水混合和淋洗攪拌設(shè)備、高速攪拌與微波強(qiáng)化反應(yīng)集成系統(tǒng)、沉淀池、泥水分離系統(tǒng)、淋洗液回收槽、淋洗液過濾凈化裝置和淋洗液再生裝置，各裝置間以提升栗、不銹鋼管或軟管連接。并預(yù)測(cè)該裝置可以實(shí)現(xiàn)污染土壤重金屬的高效去除，但是沒有該裝置實(shí)施的案列。由于該裝置設(shè)計(jì)了兩次攪拌混勻裝置，能耗高；而且需要微波淋洗裝置間歇式運(yùn)行，自動(dòng)化程度較低，難以實(shí)現(xiàn)修復(fù)工程的大規(guī)模應(yīng)用。本發(fā)明在該裝置基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，設(shè)計(jì)一次攪拌混勻裝置，采用傳送式微波強(qiáng)化淋洗裝置，實(shí)現(xiàn)了整套裝置自動(dòng)化運(yùn)行，快速高效地去除土壤中重金屬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1、發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0006]針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種能作為工程應(yīng)用規(guī)模的經(jīng)濟(jì)、可行的微波輔助化學(xué)淋洗修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地土壤的裝置及方法，其可自動(dòng)化進(jìn)行微波輔助淋洗修復(fù)重金屬污染土壤，實(shí)現(xiàn)了快速、高效修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地土壤的目的，且淋洗液可回收再利用，穩(wěn)定性高，二次污染風(fēng)險(xiǎn)小，修復(fù)成本相對(duì)較低。
[0007]2、技術(shù)方案
[0008]為達(dá)此目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0009]—種微波輔助化學(xué)淋洗修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地土壤的裝置，包括淋洗劑儲(chǔ)槽、高速攪拌土水混合裝置、第一提升栗、傳動(dòng)式微波強(qiáng)化反應(yīng)集成系統(tǒng)、沉淀池、泥水分離系統(tǒng)、淋洗液回收槽、第二提升栗和淋洗液凈化再生裝置；所述淋洗劑儲(chǔ)槽與高速攪拌土水混合裝置、提升栗一、傳動(dòng)式微波強(qiáng)化淋洗系統(tǒng)、沉淀池依次相連，沉淀池與泥水分離系統(tǒng)、淋洗液回收槽分別連接，泥水分離系統(tǒng)與淋洗液回收槽、第二提升栗、淋洗液凈化再生裝置、淋洗劑儲(chǔ)槽依次連接。
[0010]本發(fā)明的傳動(dòng)式微波強(qiáng)化淋洗系統(tǒng)由傳動(dòng)系統(tǒng)和微波系統(tǒng)構(gòu)成，微波系統(tǒng)的微波功率在0-10KW之間。傳動(dòng)系統(tǒng)由傳動(dòng)軸、傳送帶和安裝在傳動(dòng)帶上的微波反應(yīng)單元盒組成；微波系統(tǒng)由微波反應(yīng)罩和微波功率源組成。
[0011]本發(fā)明的淋洗液凈化再生裝置包括多級(jí)濾網(wǎng)過濾裝置和離子交換樹脂裝置。
[0012]本發(fā)明的淋洗修復(fù)裝置各部件之間通過鋼管或軟管連接。
[0013]本發(fā)明的高速攪拌土水混合裝置由碳鋼制成，厚度為4mm，內(nèi)徑為1000mm，高為1500mm ;高速攪拌土水混合裝置攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/每分鐘。
[0014]本發(fā)明的傳動(dòng)軸、傳送帶和微波反應(yīng)單元盒均為聚丙稀材質(zhì)，傳送帶寬300_，厚16mm，微波反應(yīng)單元盒上端開口，長(zhǎng)寬高均為200mm ;所述微波反應(yīng)罩為不銹鋼材質(zhì)，厚度Imm,長(zhǎng)5000mm，高和寬均為400mm ;微波功率源型號(hào)為MY10S-3。
[0015]一種通過上述裝置進(jìn)行微波輔助化學(xué)淋洗修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地土壤的方法，包括以下步驟:
[0016]步驟一:將已經(jīng)原位破碎篩分過的重金屬污染土壤加入到高速攪拌土水混合裝置，同時(shí)將淋洗劑儲(chǔ)槽內(nèi)混合均勻的淋洗劑加入高速攪拌土水混合裝置由攪拌電機(jī)通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)攪拌槳葉進(jìn)行攪拌操作；
[0017]步驟二:開啟微波功率源，然后將充分混合后的泥漿由第一提升栗輸送至傳動(dòng)式微波強(qiáng)化反應(yīng)集成系統(tǒng)中，此時(shí)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸將泥漿裝入微波反應(yīng)單元盒，通過傳送帶進(jìn)入微波反應(yīng)罩。泥漿在傳送帶輸送下邊進(jìn)行微波淋洗反應(yīng)，邊向前移動(dòng)。至微波反應(yīng)罩出口處反應(yīng)完全，該過程為10-30min ；
[0018]步驟三:關(guān)閉微波裝置，通過傳送帶將微波反應(yīng)單元盒內(nèi)的泥漿倒入沉淀池中；
[0019]步驟四:電機(jī)帶動(dòng)傳送帶將微波反應(yīng)單元盒內(nèi)的泥漿倒入沉淀池中，完成一個(gè)微波淋洗循環(huán)；
[0020]步驟五:固液分離后的淋洗液送入淋洗液回收槽，在第二提升栗的作用下，回收的淋洗液通過淋洗液凈化再生裝置進(jìn)行過濾凈化和再生，最終匯入淋洗劑儲(chǔ)槽，實(shí)現(xiàn)淋洗液的循環(huán)再利用。
[0021]3、有益效果:
[0022]相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下
[0023]I)本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了微波輔助化學(xué)淋洗修復(fù)污染土壤的自動(dòng)化，而且減少了原料和人工投入，大大縮短了修復(fù)周期，提高了修復(fù)效率，可應(yīng)用于重金屬污染場(chǎng)地土壤修復(fù)工程項(xiàng)目。
[0024]2)本發(fā)明的淋洗液凈化再生裝置，先是多級(jí)濾網(wǎng)過濾，有效過濾掉淋洗液中的雜質(zhì)，過濾后的淋洗液通過離子交換樹脂裝置，可將淋洗劑結(jié)合的重金屬物質(zhì)置換出來，實(shí)現(xiàn)淋洗劑和污染物的分離，淋洗液得到凈化再生，可循環(huán)利用。
[0025]3)本發(fā)明裝置的運(yùn)行時(shí)間、微波功率、傳動(dòng)速度和時(shí)間、淋洗劑的選擇以及水土比等參數(shù)均可調(diào)整，有利于在實(shí)踐中針對(duì)不同污染程度和類型的的土壤進(jìn)行處理方案的調(diào)整，從而達(dá)到最佳處理效果。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明重金屬污染場(chǎng)地土壤的修復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明裝置對(duì)鉛砷污染土壤的去除效果圖。
[0028]圖中，1、淋洗劑儲(chǔ)槽；2、高速攪拌土水混合裝置；31、第一提升栗；4、傳動(dòng)式微波強(qiáng)化反應(yīng)集成系統(tǒng)；41、傳動(dòng)軸；42、傳送帶；43、和微波反應(yīng)單元盒；44、微波反應(yīng)罩；45、微波功率源；5、沉淀池；6、泥水分離系統(tǒng)；7、淋洗液回收槽；32、第二提升栗；8、淋