一種修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置及方法，該裝置包括數(shù)字示波器、直流電源、儲(chǔ)能電容、第一旋轉(zhuǎn)火花隙、第二旋轉(zhuǎn)火花隙、成型電容、氣體入口、高壓放電電極、土壤層、接地電極、氣體出口、電流探頭和電壓探頭，所述直流電源、儲(chǔ)能電容、成型電容、第一旋轉(zhuǎn)火花隙和第二旋轉(zhuǎn)火花隙共同構(gòu)成脈沖放電發(fā)生器，高壓放電電極固定在有機(jī)玻璃板上并用金屬線相連，高壓放電電極與脈沖放電發(fā)生器的高壓端連接，土壤層覆蓋在高壓放電電極上，不銹鋼金屬片與地線相連。本發(fā)明在常溫常壓下進(jìn)行，處理效果好，工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便。
【專利說(shuō)明】
一種修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置及方法，具體地說(shuō)，涉及一種放電等離子體氧化修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展以及現(xiàn)代城市化進(jìn)程的加快，近年來(lái)，我國(guó)出現(xiàn)了大量搬迀或即將關(guān)閉停產(chǎn)的化工企業(yè)。這些化工企業(yè)在日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，由于廢物處理、藥品泄漏、廢水排放等原因，已經(jīng)造成了嚴(yán)重的場(chǎng)地土壤重金屬污染。在城市化進(jìn)程中，這些污染場(chǎng)地面臨快速的商業(yè)化利用和民用，而土地資源緊缺和土地商業(yè)價(jià)值卻不斷上升，因此，快速高效的修復(fù)方法已成為當(dāng)前污染場(chǎng)地修復(fù)的迫切需求。
[0003]在化工企業(yè)日常運(yùn)營(yíng)中，含砷廢水、廢氣和廢渣的排放，使得大量砷化合物不斷進(jìn)入周邊場(chǎng)地土壤。作為一種變價(jià)元素，砷在自然界最主要以+3和+5價(jià)存在，而三價(jià)砷的危害最大。短時(shí)間暴露在高濃度砷的環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致嘔吐、腹瀉、神經(jīng)系統(tǒng)損傷，甚至死亡。慢性砷暴露有可能導(dǎo)致人體患皮膚病、神經(jīng)損傷、高血壓、膀胱癌、肺癌和皮膚癌等。因此，從降低污染，改善人居環(huán)境安全角度，三價(jià)砷污染場(chǎng)地的修復(fù)十分必要。
[0004]目前，對(duì)于土壤中三價(jià)砷的去除，一般采用穩(wěn)定化、土壤淋洗、固定化以及生物法等。傳統(tǒng)物理化學(xué)方法對(duì)環(huán)境破壞性大，需要向土壤中投加大量的試劑，易產(chǎn)生二次污染。生物方法依靠生物的活動(dòng)使土壤中三價(jià)砷轉(zhuǎn)化為低毒物質(zhì)；但是生物修復(fù)方法受土壤條件、地域環(huán)境影響較大，治理耗時(shí)長(zhǎng)。以高級(jí)氧化技術(shù)為基礎(chǔ)的修復(fù)手段是污染場(chǎng)地修復(fù)的必然趨勢(shì)。
[0005]作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，放電等離子體因其裝置簡(jiǎn)單、操作便利、污染物去除高效快速、使用能源清潔等優(yōu)點(diǎn)備受環(huán)保工作者的青睞。采用放電等離子體技術(shù)修復(fù)重金屬污染場(chǎng)地的報(bào)道較少，而對(duì)于場(chǎng)地土壤中三價(jià)砷污染的治理更是鮮有報(bào)道。放電等離子體會(huì)產(chǎn)生大量強(qiáng)氧化性的活性粒子如.0H、.0、03等，與三價(jià)砷能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地土壤中三價(jià)砷的氧化去除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺陷，提供一種修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置及方法，是將污染土壤放置于放電等離子體反應(yīng)器中，在高壓放電電極與接地電極之間施加高壓，并通入載氣(如空氣、氧氣或水蒸氣等)，產(chǎn)生放電等離子體，生成氧化性強(qiáng)的.0H、.0、03等活性粒子;這些活性粒子在土壤層擴(kuò)散和傳播的過(guò)程中，與土壤中三價(jià)砷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為低毒的砷化物，達(dá)到場(chǎng)地土壤修復(fù)的目的。
[0007]其具體技術(shù)方案為:
[0008]—種修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置，包括數(shù)字示波器1、直流電源2、儲(chǔ)能電容3、第一旋轉(zhuǎn)火花隙4、第二旋轉(zhuǎn)火花隙6、成型電容5、氣體入口 7、高壓放電電極8、土壤層9、接地電極10、氣體出口 11、電流探頭12和電壓探頭13，所述直流電源2、儲(chǔ)能電容3、成型電容5、第一旋轉(zhuǎn)火花隙4和第二旋轉(zhuǎn)火花隙6共同構(gòu)成脈沖放電發(fā)生器，高壓放電電極8固定在有機(jī)玻璃板上并用金屬線相連，高壓放電電極8與脈沖放電發(fā)生器的高壓端連接，土壤層9覆蓋在高壓放電電極8上，不銹鋼金屬片10與地線相連，載氣從氣體入口 7進(jìn)入并從高壓放電電極8注入放電等離子體區(qū)，穿過(guò)土壤層9后從出氣口 11排出；采用電流探頭12和電壓探頭13檢測(cè)放電過(guò)程中電流和電壓信號(hào)。
[0009]進(jìn)一步，所述高壓放電電極8采用曲率半徑較小的醫(yī)用注射針，接地電極7采用致密金屬網(wǎng)或金屬板，構(gòu)成針群-板式電極結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步，所述醫(yī)用注射針相鄰針尖間距為15.0mm。
[0011]進(jìn)一步，所述直流電源2采用正/負(fù)極性的脈沖高壓電源。
[0012]進(jìn)一步，所述載氣的進(jìn)入方式采用沿放電等離子體發(fā)生器軸向。
[0013]進(jìn)一步，所述的載氣為空氣、氧氣或水蒸氣等含氧氣體。
[0014]一種修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的方法，將污染土壤放置于放電等離子體反應(yīng)器并覆蓋在高壓放電電極上，通入載氣，在高壓放電電極與接地電極之間施加高壓，產(chǎn)生放電等離子體，利用放電等離子體產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的活性粒子氧化場(chǎng)地土壤中的三價(jià)砷，實(shí)現(xiàn)三價(jià)砷的高效轉(zhuǎn)化。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0016]本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理方法實(shí)施方便，污染土壤在放電等離子體反應(yīng)器中停留時(shí)間短，處理速度快，適用于三價(jià)砷污染場(chǎng)地的快速修復(fù)。本發(fā)明的技術(shù)方案在常溫常壓下進(jìn)行，處理效果好，工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1中高壓放電電極的分布示意圖，其中:
[0019]1-數(shù)字示波器;2-直流電源;3-儲(chǔ)能電容;4-旋轉(zhuǎn)火花隙;5-成型電容;6_旋轉(zhuǎn)火花隙;7-氣體入口 ； 8-高壓放電電極;9-土壤層；10-接地電極;11-氣體出口 ； 12-電流探頭；13-電壓探頭。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例中采用圖1所示的修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置，包括數(shù)字示波器1、直流電源2、儲(chǔ)能電容3、旋轉(zhuǎn)火花隙4和6、成型電容5、氣體入口 7、高壓放電電極8、土壤層9、接地電極10、氣體出口 11、電流探頭12和電壓探頭13組成的放電等離子體修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。直流電源2、儲(chǔ)能電容3、成型電容5、旋轉(zhuǎn)火花隙4和6共同構(gòu)成脈沖放電發(fā)生器。醫(yī)用注射針群構(gòu)成的高壓放電電極8固定在有機(jī)玻璃板上并用金屬線相連，其在有機(jī)玻璃板上的分布如圖2所示，高壓放電電極8與脈沖放電發(fā)生器的高壓端連接，土壤層9覆蓋在高壓放電電極8上，不銹鋼金屬片10與地線相連。當(dāng)脈沖放電發(fā)生器給高壓放電電極8和接地電極10供電時(shí)，載氣從氣體入口7進(jìn)入并從醫(yī)用注射針的針孔注入放電等離子體區(qū)，放電產(chǎn)生的活性粒子(.0H、.0、03等)進(jìn)入土壤層9與土壤中的三價(jià)砷發(fā)生反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化，尾氣穿過(guò)土壤層9后從出氣口 11排出。分別采用電流探頭12和電壓探頭13檢測(cè)放電過(guò)程中電流和電壓信號(hào)。
[0022]實(shí)施例中土壤經(jīng)過(guò)風(fēng)干、磨碎、通過(guò)20目標(biāo)準(zhǔn)篩、有機(jī)溶劑(丙酮、正己烷)洗滌等預(yù)處理。向預(yù)處理后的土壤中加入已知濃度的亞砷酸鈉溶液，攪拌均勻，真空干燥后得到三價(jià)砷污染土壤。具體實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
[0023]高壓放電電極8采用13根12#醫(yī)用注射針組成，相鄰針尖間距15.0mm，針尖距接地電極16.0mm，20.0g濃度為100mg/kg的三價(jià)砷污染土樣覆蓋在高壓放電電極8上，土樣含水率10%，載氣流量2.0L/min，脈沖峰值電壓16.01^，脈沖重復(fù)頻率50取，成型電容500??，儲(chǔ)能電容lyF。以空氣為載氣，放電處理30min后，土樣中三價(jià)砷氧化率達(dá)到90.8% ;以氧氣為載氣，放電處理15min后，土樣中三價(jià)砷氧化率達(dá)到96.1 %。
[0024]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見(jiàn)地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置，其特征在于，包括數(shù)字示波器(I)、直流電源(2)、儲(chǔ)能電容(3)、第一旋轉(zhuǎn)火花隙(4)、第二旋轉(zhuǎn)火花隙(6)、成型電容(5)、氣體入口(7)、高壓放電電極(8)、土壤層(9)、接地電極(10)、氣體出口(11)、電流探頭(12)和電壓探頭(13)，所述直流電源(2)、儲(chǔ)能電容(3)、成型電容(5)、第一旋轉(zhuǎn)火花隙(4)和第二旋轉(zhuǎn)火花隙(6)共同構(gòu)成脈沖放電發(fā)生器，高壓放電電極(8)固定在有機(jī)玻璃板上并用金屬線相連，高壓放電電極(8)與脈沖放電發(fā)生器的高壓端連接，土壤層(9)覆蓋在高壓放電電極(8)上，不銹鋼金屬片(10)與地線相連，載氣從氣體入口(7)進(jìn)入并從高壓放電電極(8)注入放電等離子體區(qū)，穿過(guò)土壤層(9)后從出氣口(11)排出；采用電流探頭(12)和電壓探頭(13)檢測(cè)放電過(guò)程中電流和電壓信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置，其特征在于，所述高壓放電電極(8)采用醫(yī)用注射針，接地電極(7)采用致密金屬網(wǎng)或金屬板，構(gòu)成針群-板式電極結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置，其特征在于，所述醫(yī)用注射針相鄰針尖間距為15.0mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置，其特征在于，所述直流電源(2)采用正/負(fù)極性的脈沖高壓電源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置，其特征在于，所述載氣的進(jìn)入方式采用沿放電等離子體發(fā)生器軸向。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的裝置，其特征在于，所述的載氣為空氣、氧氣或水蒸氣。7.一種修復(fù)三價(jià)砷污染場(chǎng)地的方法，其特征在于，將污染土壤放置于放電等離子體反應(yīng)器并覆蓋在高壓放電電極上，通入載氣，在高壓放電電極與接地電極之間施加高壓，產(chǎn)生放電等離子體，利用放電等離子體產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的活性粒子氧化場(chǎng)地土壤中的三價(jià)砷，實(shí)現(xiàn)三價(jià)砷的高效轉(zhuǎn)化。
【文檔編號(hào)】B09C1/08GK106040739SQ201610643488
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月8日 公開(kāi)號(hào)201610643488.9, CN 106040739 A, CN 106040739A, CN 201610643488, CN-A-106040739, CN106040739 A, CN106040739A, CN201610643488, CN201610643488.9
【發(fā)明人】王鐵成, 張倩柔, 屈廣周, 梁東麗, 呼世斌
【申請(qǐng)人】西北農(nóng)林科技大學(xué)