針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于土壤修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】及環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)及方法。該修復(fù)系統(tǒng)包括微波熱脫附系統(tǒng)、土壤氧化系統(tǒng)及廢氣處理系統(tǒng)；污染土壤進(jìn)入到微波熱脫附系統(tǒng)，加入催化劑并經(jīng)過(guò)加熱、微波輻射及熱脫附處理，土壤中大部分污染物揮發(fā)成氣態(tài)傳出，土壤由微波熱脫附系統(tǒng)的出料口傳出進(jìn)行后續(xù)處理；氣態(tài)物傳入氧化設(shè)備底部，含砷有機(jī)物經(jīng)過(guò)強(qiáng)氧化反應(yīng)生成穩(wěn)定的含砷化合物；處理后的氣體經(jīng)活性污泥池進(jìn)一步降解達(dá)標(biāo)后，排入大氣；土壤進(jìn)入氧化反應(yīng)池，經(jīng)過(guò)氧化液的氧化作用，送入回收設(shè)備。本發(fā)明能徹底、有效地修復(fù)有機(jī)砷污染土壤，并可回收修復(fù)土壤，循環(huán)利用，對(duì)廢氣進(jìn)行處理，達(dá)到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。
【專利說(shuō)明】針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土壤修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】及環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，土壤污染愈發(fā)引起業(yè)界關(guān)注，土壤環(huán)境直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)土資源環(huán)境安全，更密切影響到農(nóng)產(chǎn)品及人體健康。土壤中有機(jī)砷是導(dǎo)致土壤污染的重要成分，近年來(lái)，除了化工及農(nóng)業(yè)來(lái)源以外，源于二戰(zhàn)以后日本侵華戰(zhàn)爭(zhēng)遺棄化學(xué)武器所造成的污染也成為土壤污染的重要因素之一。調(diào)查表明，在中國(guó)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(zhǎng)，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(duì)環(huán)境造成了極為嚴(yán)重的污染，這些毒劑經(jīng)過(guò)在土壤中的降解，產(chǎn)生的含砷化合物在土壤中極難降解且對(duì)人類的危害嚴(yán)重。因此如何治理有機(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(wèn)題。為凈化國(guó)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(wèn)題亟待解決。
[0003]目前對(duì)土壤中含砷有機(jī)物的修復(fù)方法比較單一，尤其是針對(duì)化學(xué)武器帶來(lái)的污染，我國(guó)大部分地區(qū)采取的措施主要是挖掘填埋法，尚無(wú)徹底、有效的可解決方法。我國(guó)對(duì)于土壤污染的修復(fù)技術(shù)有熱脫附技術(shù)，即對(duì)受污染的土壤進(jìn)行加熱，由于污染物和土壤的沸點(diǎn)不同，污染物變成氣體揮發(fā)，從而達(dá)到使污染物與土壤分離的目的，但這種方式效率比較低，能耗大。
[0004]另外，目前也有采用微波技術(shù)對(duì)受污染土壤進(jìn)行修復(fù)，微波方式對(duì)污染土壤處理是通過(guò)偶性分子旋轉(zhuǎn)和離子傳導(dǎo)兩種機(jī)理實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)離子遷移和極性分子的旋轉(zhuǎn)使分子運(yùn)動(dòng)，但不引起分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，從而達(dá)到使污染物與土壤分離的目的，但微波技術(shù)對(duì)于難揮發(fā)有機(jī)物的處理效果欠佳，從而單純的微波方式對(duì)污染土壤修復(fù)效果也存在一定的不理想狀況。
[0005]化學(xué)處理技術(shù)中多用強(qiáng)氧化方法，使污染物中金屬元素被氧化成穩(wěn)定化合物，再在土壤中經(jīng)過(guò)微生物降解得以修復(fù)土壤。常用的氧化劑為過(guò)氧化氫聯(lián)合硫酸亞鐵即芬頓試齊?。其原理是過(guò)氧化氫在堿性條件下易分解，結(jié)合硫酸亞鐵，催化過(guò)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]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)及方法，目的是徹底、有效地修復(fù)土壤，并可回收修復(fù)土壤，循環(huán)利用，對(duì)廢氣進(jìn)行處理，達(dá)到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。
[0007]本發(fā)明所述系統(tǒng)采用的技術(shù)方案為:該修復(fù)系統(tǒng)包括微波熱脫附系統(tǒng)、土壤氧化系統(tǒng)及廢氣處理系統(tǒng)；
[0008]所述微波熱脫附系統(tǒng)的主體為微波熱脫附系統(tǒng)棚，在微波熱脫附系統(tǒng)棚內(nèi)設(shè)置輸送帶，在輸送帶前端上方設(shè)置催化劑添加器，催化劑添加器后方的輸送帶上方設(shè)置微波諧振腔；微波諧振腔的頂部與微波發(fā)生裝置連接，底面通過(guò)多個(gè)波導(dǎo)管分別與相應(yīng)數(shù)量的耦合口連接；在輸送帶的下方設(shè)置與加熱設(shè)備連接的熱風(fēng)設(shè)備；
[0009]所述土壤氧化系統(tǒng)的主體為氧化反應(yīng)池，氧化反應(yīng)池的入口通過(guò)管路和蠕動(dòng)泵與土壤收集器連接，土壤收集器接到輸送帶末端的微波熱脫附系統(tǒng)棚上，第二氧化劑添加器與氧化反應(yīng)池連接；氧化反應(yīng)池的出口端與回收設(shè)備連接；
[0010]所述廢氣處理系統(tǒng)的主體為氧化設(shè)備，氧化設(shè)備內(nèi)的氣體輸送管路的入口端通過(guò)輸氣管路和第一引風(fēng)機(jī)與微波發(fā)生裝置連接，氧化設(shè)備上方設(shè)置與氣體輸送管路出口連通的集氣棚，集氣棚通過(guò)管路和第二引風(fēng)機(jī)與活性污泥池的下端入口連接，活性污泥池上部的出口通過(guò)管路和第三引風(fēng)機(jī)與煙?連接；第一氧化劑添加器與氧化設(shè)備連接。
[0011]所述活性污泥池與第三引風(fēng)機(jī)之間的管路上安裝檢測(cè)設(shè)備。
[0012]所述氣體輸送管路為S形，其上設(shè)置若干個(gè)微型孔。
[0013]所述活性污泥池內(nèi)添加活性污泥，其中富含有機(jī)微生物及細(xì)菌。
[0014]所述微波熱脫附系統(tǒng)棚、氧化反應(yīng)池、氧化設(shè)備均為密閉結(jié)構(gòu)。
[0015]本發(fā)明提供的利用所述系統(tǒng)的復(fù)合修復(fù)方法，按如下步驟進(jìn)行:
[0016]步驟I):污染土壤進(jìn)入到微波熱脫附系統(tǒng)中，由輸送帶傳送；催化劑經(jīng)過(guò)催化劑添加器被均勻添加進(jìn)土壤中，輸送帶攜帶污染土壤經(jīng)過(guò)微波輻射及熱脫附處理，土壤中大部分污染物揮發(fā)成氣態(tài)由微波發(fā)生裝置上方的集氣罩收集傳出，剩余土壤由微波熱脫附系統(tǒng)下方的出料口傳出進(jìn)行后續(xù)處理；
[0017]步驟2 ):收集的氣態(tài)物中含有光氣、芥子氣及少量含砷有機(jī)物，經(jīng)過(guò)傳輸管道傳入氧化設(shè)備底部；通過(guò)第一氧化劑添加器向氧化設(shè)備內(nèi)均勻注入芬頓試劑，含砷有機(jī)物經(jīng)過(guò)強(qiáng)氧化反應(yīng)，砷由+3價(jià)經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)成+5價(jià)，生成穩(wěn)定的含砷化合物；處理后的氣體經(jīng)管路進(jìn)入活性污泥池進(jìn)行進(jìn)一步的降解；監(jiān)測(cè)達(dá)標(biāo)后，通過(guò)煙?排入大氣；
[0018]步驟3):微波熱脫附系統(tǒng)處理過(guò)土壤中還存有難分解和揮發(fā)的含砷有機(jī)物，由蠕動(dòng)泵傳送進(jìn)入氧化反應(yīng)池，第二氧化劑添加器向氧化反應(yīng)池內(nèi)均勻注入氧化劑，土壤經(jīng)過(guò)氧化液的氧化作用，送入回收設(shè)備。
[0019]所述步驟I)中的污染土壤由輸送帶下方的加熱系統(tǒng)加熱。
[0020]所述步驟3)中第二氧化添加器內(nèi)的氧化劑為芬頓試劑。
[0021]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022](I)本發(fā)明聯(lián)合了微波修復(fù)、熱脫附修復(fù)、化學(xué)氧化法修復(fù)及微生物修復(fù)等技術(shù)。雖然包括的修復(fù)方法較多，但是成本低，能耗低，旨在將有機(jī)物徹底修復(fù)，達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。
[0023](2)本發(fā)明便于操作，自動(dòng)化程度高，可以節(jié)省人力。
[0024](3)本發(fā)明不會(huì)產(chǎn)生大量廢氣，對(duì)排放的氣體都做了處理，修復(fù)后的土壤亦可返回生態(tài)環(huán)境中繼續(xù)利用，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的效果。
[0025](4)本發(fā)明比起固封填埋等方法，使被污染的土壤可以再次利用，且對(duì)土壤及水體沒(méi)有二次污染，起到了節(jié)省資源的優(yōu)良效果。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中標(biāo)號(hào):
[0028]1-進(jìn)料口 ；2_催化劑添加器；3_輸送帶；4_波導(dǎo)管；5_耦合口 ；6_微波發(fā)生裝置；7-微波諧振腔；8_輸氣管路；9_第一引風(fēng)機(jī)；10_微波熱脫附系統(tǒng)棚；11_皮帶輪；12_集氣棚；13_氧化設(shè)備；14_第一氧化劑添加器；15_第二引風(fēng)機(jī)；16_活性污泥池；17_第三引風(fēng)機(jī)；18_煙囪；19_活性污泥；20_土壤收集器；21_蠕動(dòng)泵；22_第二氧化劑添加器；23_氧化反應(yīng)池；24_回收設(shè)備；25_監(jiān)測(cè)設(shè)備；26_氣體輸送管路；27_加熱設(shè)備；28_熱風(fēng)設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提供了一種針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)及方
[0030]法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0031]該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括微波熱脫附系統(tǒng)、土壤氧化系統(tǒng)及廢氣處理系統(tǒng)三部分。
[0032]微波熱脫附系統(tǒng)的主體為密封的微波熱脫附系統(tǒng)棚10，在微波熱脫附系統(tǒng)棚10內(nèi)設(shè)置輸送帶3，在輸送帶3前端上方設(shè)置催化劑添加器2，催化劑添加器2后方的輸送帶3上方設(shè)置微波諧振腔7 ;微波諧振腔7的頂部與微波發(fā)生裝置6連接，底面通過(guò)多個(gè)波導(dǎo)管4分別與相應(yīng)數(shù)量的耦合口 5連接；在輸送帶3的下方設(shè)置與加熱設(shè)備27連接的熱風(fēng)設(shè)備28。
[0033]土壤氧化系統(tǒng)的主體為密封的氧化反應(yīng)池23，氧化反應(yīng)池23的入口通過(guò)管路和蠕動(dòng)泵21與土壤收集器20連接，土壤收集器20接到輸送帶3末端的微波熱脫附系統(tǒng)棚10上，第二氧化劑添加器22與氧化反應(yīng)池23連接；氧化反應(yīng)池23的出口端與回收設(shè)備24連接。
[0034]廢氣處理系統(tǒng)的主體為密閉的氧化設(shè)備13，氧化設(shè)備13內(nèi)的氣體輸送管路26的入口端通過(guò)輸氣管路8和第一引風(fēng)機(jī)9與微波發(fā)生裝置6連接，氧化設(shè)備13上方設(shè)置與氣體輸送管路26出口連通的集氣棚12，氣體輸送管路26為S形，其上設(shè)置若干個(gè)微型孔；集氣棚12通過(guò)管路和第二引風(fēng)機(jī)15與活性污泥池16的下端入口連接，活性污泥池16上部的出口通過(guò)管路和第三引風(fēng)機(jī)17與煙囪18連接；第一氧化劑添加器14與氧化設(shè)備13連接；活性污泥池16與第三引風(fēng)機(jī)17之間的管路上安裝檢測(cè)設(shè)備25 ;活性污泥池16內(nèi)添加活性污泥19，其中富含有機(jī)微生物及細(xì)菌。
[0035]利用上述系統(tǒng)的復(fù)合修復(fù)方法的工作流程如下:
[0036]污染土壤經(jīng)過(guò)進(jìn)料口 I進(jìn)入到修復(fù)系統(tǒng)中，由輸送帶3傳送。催化劑經(jīng)過(guò)催化劑添加器2被均勻添加進(jìn)土壤中，輸送帶3攜帶污染土壤經(jīng)過(guò)微波輻射處理及熱脫附處理，并由熱風(fēng)設(shè)備28加熱。土壤中大部分污染物揮發(fā)成氣態(tài)由微波發(fā)生裝置6上方的輸氣管路8收集傳出，剩余土壤將由微波熱脫附系統(tǒng)下方的出料口傳出進(jìn)行下一步處理。
[0037]處理后的廢氣中含有光氣、芥子氣及少量含砷有機(jī)物，經(jīng)過(guò)輸氣管路8由第一引風(fēng)機(jī)9傳入氧化設(shè)備13底部。氧化設(shè)備13外部設(shè)有第一氧化劑添加器14，均勻注入芬頓試劑，使得氧化設(shè)備13部充滿氧化劑。含砷有機(jī)物經(jīng)過(guò)強(qiáng)氧化反應(yīng)，砷由+3價(jià)經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)成+5價(jià)，生成穩(wěn)定的含砷化合物。處理后的氣體經(jīng)過(guò)集氣棚13收集，沿著管路經(jīng)第二引風(fēng)機(jī)15送入活性污泥池16進(jìn)行進(jìn)一步的降解。降解后的氣體由監(jiān)測(cè)設(shè)備25隨時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)標(biāo)后，通過(guò)第三引風(fēng)機(jī)17進(jìn)入煙? 18排入大氣。
[0038]微波熱脫附系統(tǒng)下方經(jīng)過(guò)處理的土壤中還存有難分解和揮發(fā)的含砷有機(jī)物，經(jīng)由出料口傳出到土壤收集器20，由蠕動(dòng)泵21傳送進(jìn)入氧化池23，氧化池23外部設(shè)有第二氧化劑添加器22，均勻注入氧化劑到氧化池中。土壤經(jīng)過(guò)氧化液的氧化作用，由管路傳送出來(lái)至回收設(shè)備25，再送出回收利用。由此達(dá)到該發(fā)明一系列的修復(fù)目的。
【權(quán)利要求】
1.一種針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，包括微波熱脫附系統(tǒng)、土壤氧化系統(tǒng)及廢氣處理系統(tǒng)； 所述微波熱脫附系統(tǒng)的主體為微波熱脫附系統(tǒng)棚(10)，在微波熱脫附系統(tǒng)棚(10)內(nèi)設(shè)置輸送帶(3 )，在輸送帶(3 )前端上方設(shè)置催化劑添加器(2 )，催化劑添加器(2 )后方的輸送帶(3)上方設(shè)置微波諧振腔(7);微波諧振腔(7)的頂部與微波發(fā)生裝置(6)連接，底面通過(guò)多個(gè)波導(dǎo)管(4)分別與相應(yīng)數(shù)量的耦合口(5)連接；在輸送帶(3)的下方設(shè)置與加熱設(shè)備(27)連接的熱風(fēng)設(shè)備(28)； 所述土壤氧化系統(tǒng)的主體為氧化反應(yīng)池(23)，氧化反應(yīng)池(23)的入口通過(guò)管路和蠕動(dòng)泵(21)與土壤收集器(20)連接，土壤收集器(20)接到輸送帶(3)末端的微波熱脫附系統(tǒng)棚(10)上，第二氧化劑添加器(22)與氧化反應(yīng)池(23)連接；氧化反應(yīng)池(23)的出口端與回收設(shè)備(24)連接； 所述廢氣處理系統(tǒng)的主體為氧化設(shè)備(13)，氧化設(shè)備(13)內(nèi)的氣體輸送管路(26)的入口端通過(guò)輸氣管路(8)和第一引風(fēng)機(jī)(9)與微波發(fā)生裝置(6)連接，氧化設(shè)備(13)上方設(shè)置與氣體輸送管路(26)出口連通的集氣棚(12)，集氣棚(12)通過(guò)管路和第二引風(fēng)機(jī)(15)與活性污泥池(16)的下端入口連接，活性污泥池(16)上部的出口通過(guò)管路和第三引風(fēng)機(jī)(17)與煙? (18)連接；第一氧化劑添加器(14)與氧化設(shè)備(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述活性污泥池(16)與第三引風(fēng)機(jī)(17)之間的管路上安裝檢測(cè)設(shè)備(25)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體輸送管路(26)為S形，其上設(shè)置若干個(gè)微型孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述活性污泥池(16)內(nèi)添加活性污泥(19)，其中富含有機(jī)微生物及細(xì)菌。`
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)土壤有機(jī)砷污染的聯(lián)合微波氧化復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述微波熱脫附系統(tǒng)棚(10)、氧化反應(yīng)池(23)、氧化設(shè)備(13)均為密閉結(jié)構(gòu)。
6.一種利用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的復(fù)合修復(fù)方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行: 步驟I):污染土壤進(jìn)入到微波熱脫附系統(tǒng)中，由輸送帶(3)傳送；催化劑經(jīng)過(guò)催化劑添加器(2)被均勻添加進(jìn)土壤中，輸送帶(3)攜帶污染土壤經(jīng)過(guò)微波輻射及熱脫附處理，土壤中大部分污染物揮發(fā)成氣態(tài)由微波發(fā)生裝置(6)上方的集氣罩收集傳出，剩余土壤由微波熱脫附系統(tǒng)下方的出料口傳出進(jìn)行后續(xù)處理； 步驟2 ):收集的氣態(tài)物中含有光氣、芥子氣及少量含砷有機(jī)物，經(jīng)過(guò)傳輸管道傳入氧化設(shè)備(13)底部；通過(guò)第一氧化劑添加器(14)向氧化設(shè)備(13)內(nèi)均勻注入芬頓試劑，含砷有機(jī)物經(jīng)過(guò)強(qiáng)氧化反應(yīng)，砷由+3價(jià)經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)成+5價(jià)，生成穩(wěn)定的含砷化合物；處理后的氣體經(jīng)管路進(jìn)入活性污泥池(16)進(jìn)行進(jìn)一步的降解；監(jiān)測(cè)達(dá)標(biāo)后，通過(guò)煙?排入大氣； 步驟3):微波熱脫附系統(tǒng)處理過(guò)土壤中還存有難分解和揮發(fā)的含砷有機(jī)物，由蠕動(dòng)泵傳送進(jìn)入氧化反應(yīng)池(23)，第二氧化劑添加器(22)向氧化反應(yīng)池(23)內(nèi)均勻注入氧化劑，土壤經(jīng)過(guò)氧化液的氧化作用，送入回收設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合修復(fù)方法，其特征在于，所述步驟I)中的污染土壤由輸送帶下方的加熱系統(tǒng)加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合修復(fù)方法，其特征在于，所述步驟3)中第二氧化添加器(22)內(nèi)的氧化劑為芬頓試 劑。
【文檔編號(hào)】B09C1/00GK103551378SQ201310586047
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】何理, 李小萌, 盧宏瑋, 樊星, 張一梅 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)