一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置製造方法
2023-05-20 16:35:11
一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置。它包括三個粉末藥劑儲存罐，即還原劑儲存罐、膨潤土儲存罐以及鐵鹽儲存罐；兩個溶液儲存罐，即水儲存罐和有機助溶劑儲存罐；還包括可旋轉的反應釜、支架及電機和旋轉軸；反應釜頂部設能閉合的投料口，反應釜內設輔助攪拌棒；三個粉末藥劑儲存罐與反應釜連接的管路上各設有一投加量控制開關；兩個溶液儲存罐與反應釜連接的管路上各設一流量控制泵。本實用新型通過在線製備土壤修復還原藥劑免去了納米零價鐵儲存的困難；納米零價鐵的製備和使用均在同一反應釜內，節省了成本；通過同步添加有機助溶劑和水混合溶液，可大幅促進汙染物的脫附效率，增加納米零價鐵與汙染物的反應機率。
【專利說明】一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置
【技術領域】
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[0001]本實用新型屬於土壤汙染治理【技術領域】，涉及一種利用零價鐵與有機助溶劑修復氯代有機汙染土壤的裝置，即一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置。
【背景技術】
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[0002]氯代有機化合物是一類汙染面廣、毒性較大、不易降解的化合物。由於揮發、容器洩露、廢水的排放以及廢物的焚燒等，大量氯代有機汙染物流入地下水和土壤，另外，由於其很容易穿透常規水汙染控制工程屏障，進入自然環境並長期存留和富集，嚴重影響人體健康，對生態系統構成嚴重的威脅。氯代有機物對人體和動物具有致癌、致畸與致突變作用；破壞或幹擾內分泌系統；破壞或抑制神經系統和免疫系統；影響人類生殖功能，即所謂「雌性化」作用。氯代有機物幾乎都直接或間接地具有環境激素作用，這些物質長期與人類和動物接觸，會漸漸引起內分泌系統、免疫系統、神經系統出現多種異常，並誘發癌症和神經性疾病[江桂斌，持久性有毒汙染物的環境化學行為與毒理效應，毒理學雜誌，2005(19): 179-180.]。因為大部分氯代有機化合物的辛醇水分配係數較大，其在水中的溶解度較低，所以一旦氯代有機物進入自然環境，土壤將成為其最終的匯[張秀芬，遼河中下遊水體中多氯有機物的殘留調查，中國環境科學，2000 (20) 31-35.]。由於其難降解，危害性大，分布廣，所以關於氯代有機汙染土壤的修復技術是汙染土壤修復【技術領域】的一大熱點與難點。近年來，歐美諸國已投入大量人力、財力開展氯代有機化合物汙染土壤的修復技術研宄。其中，美國已投入100億美元對一萬多個政府超級基金項目中的上千個開展了土壤的修復技術研宄[趙志強，牛軍峰，全燮，氯代有機化合物汙染土壤的修復技術，土壤，2000(6):288-293]。
[0003]上世紀90年代Gillham等開始將零價鐵用於氯代有機物的還原脫氯，開創了氯代有機物處理的一種新途徑[R.ff.Gillham, A.F.0，Hannesin, Ehanced degradat1n ofhalogenated aliphatics by zero-valent iron，Ground Water，1994，32:958-967.]。零價鐵也開始因為價廉易得、還原性強、環境友好等優點而被廣泛關注。研宄報導零價鐵可以還原降解氯代脂肪烴、氯代芳烴、氯代酚類、氯代有機農藥等氯代有機汙染物。目前，零價鐵還原技術在環境有機氯代汙染修複方面已得到實際利用。由於零價鐵和汙染物之間是個表面反應，所以可以通過增加鐵的比表面積來加快反應速率。與微米、亞微米級零價鐵相比，納米鐵的比表面積大，能提供更多的反應活性位點，對氯代有機汙染物的吸附與還原能力更強。但是納米鐵表面能很高，容易團聚，會影響其反應效率，通過負載的方式固定納米零價鐵是解決這個問題的一種行之有效的方法。近來的研宄發現粘土礦物是一種環境友好且廉價易得的納米零價鐵負載材料，並因此廣受關注[張莉，馮流，陳瑜，納米鐵/粘土雜化材料的製備與表徵，北京化工大學學報，2009 (36): 33-36.]。
[0004]除此之外，在實際應用納米鐵處理氯代有機汙染土壤時，還有兩個問題需要解決。
(I)如前所述，由於納米鐵反應活性很高，甚至會和空氣中的氧氣快速反應，如何保證其在合成之後在汙染場地實際應用時依然能夠具有高活性將直接決定修復效果的好壞。常規的做法包括用特殊的儲存方式隔絕納米零價鐵與其他環境氧化介質的接觸，但是這將額外的提高修復成本及設備管理要求。(2)在實際環境中由於大部分氯代有機物都是吸附在土壤顆粒表面的，如何提高納米零價鐵顆粒與氯代有機物的接觸概率，即如何能夠讓更多的納米零價鐵暴露於汙染物分子也對修復效果及成本控制至關重要。目前主要通過表面活性劑將吸附態的有機汙染物淋洗出來，然後再用零價鐵在液相中降解汙染物的處理方法。這種分步處理的方法對場地環境要求較高，同時成本較大。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於:克服現有技術的不足，提供一種利用納米零價鐵與有機助溶劑同步協同降解土壤中的有機氯代汙染的裝置，即一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，該裝置用簡便方法即可實現對氯代有機汙染土壤的高效處理。
[0006]本實用新型的技術方案如下:
[0007]一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，它包括三大組成部分:(I)藥劑儲存部分、(2)溶液儲存部分和(3)反應部分；其中:
[0008](I)藥劑儲存部分包含有粉末藥劑儲存罐三個，分別是還原劑儲存罐、膨潤土儲存罐以及鐵鹽儲存罐，分別放有還原劑、膨潤土以及鐵鹽粉末藥劑。其中還原劑可為硼氫化鈉或硼氫化鉀；膨潤土在50°C下烘乾，研磨過20目篩盤；鐵鹽選取純度超過95%的工業級硝酸鐵或氯化鐵粉末。另外，該部分包含的三個藥劑儲存罐分別連有一個粉末投加量控制開關。藥劑通過投加量控制開關控制後由管路連入反應裝置。
[0009](2)溶液儲存部分包含有溶液儲存罐兩個，分別為水儲存罐和有機助溶劑儲存罐。其中，反應用水需要預除氯；有機助溶劑一般選取純度為95%以上的醇類如乙醇或丙醇。溶液儲存罐通過泵和管道與反應部分連接，使溶液能夠注入反應裝置。
[0010](3)反應部分為土壤汙染修復裝置的主要構件，包括可旋轉的反應釜、旋轉軸、電機和支架；反應釜以旋轉軸為中心軸並可繞著中心軸旋轉，旋轉軸水平放置，其兩端通過支架支撐固定；旋轉軸與電機相連；反應釜頂部設有可閉合的投料口，用於藥劑、溶液以及汙染土壤的投加。另外，反應釜中內置三根輔助攪拌棒，當反應釜旋轉時，輔助攪拌棒能夠使固液相分散混合更加均勻。
[0011]上述三個粉末藥劑儲存罐與反應釜連接的管路上分別設有一個帶控制器能控制粉末藥劑儲存罐中的粉末藥劑投加量的投加量控制開關；兩個溶液儲存罐與反應釜連接的管路上分別設有一個帶流量控制功能的泵。
[0012]上述裝置中:(I)粉末藥劑儲存罐與連接管路材質一般為不透明硬質塑料，且儲存罐密封性能較好，能夠隔絕空氣，體積不宜過大，一般為0.1?0.2m3。儲存罐置於反應釜上方，通過重力降落投加入反應釜，由投加量控制開關對投加量進行控制。(2)有機助溶劑儲存罐與其連接管路材質為不鏽鋼，水儲存罐與其連接管路材質為塑料或不鏽鋼均可。有機助溶劑儲存罐有一定的密封功能，儲罐容積一般為2?3m3。抽取溶液的泵機具有流量控制功能。(3)反應釜為橫放的圓柱形，容積一般為3?5m3，反應釜頂部的投料口開口面積一般為0.5?0.8m2，能夠閉合，使反應釜腔體密封。內置輔助攪拌棒的兩端分別焊接在反應釜的兩個圓形側壁上，直徑一般為0.03?0.05m，反應釜和輔助攪拌棒材質為有抗腐蝕塗層的不鏽鋼。電機功率為1500W以上。
[0013]利用上述裝置處理氯代有機汙染物土壤的過程如下:膨潤土與鐵鹽首先通過投加量控制開關按照重量比為5?10:1投加入反應釜，然後泵壓重量為膨潤土 5?10倍的水進入反應釜中，關閉投料口，開啟電機旋轉反應釜，混合5?8小時。關閉電機後投加重量為鐵鹽質量3?5倍的還原劑粉末，再密封反應釜，旋轉5?10分鐘，製備好納米零價鐵。再次停機，打開投料口，按照體積比為2?0.5:1的比例通過泵加入有機助溶劑和水，總加入量不大於反應釜容積的0.7倍。最後加入汙染土，重量為最後一次加入液體重量的0.05?0.2倍。密封反應釜後，開啟電機進行汙染物降解反應，反應時間視汙染物種類及濃度和土壤理化性質而定，一般為I?3天，期間每隔12小時停機，打開密封口放氣。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015]本實用新型一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，它是一種利用納米零價鐵與有機助溶劑同步協同、高效降解土壤有機氯代汙染的裝置。實施本實用新型後，通過在線製備土壤修復還原藥劑，免去了納米零價鐵儲存的困難；並且納米零價鐵的製備和使用均在設備的同一反應釜內進行，節省了成本；通過同步添加有機助溶劑和水混合溶液，能夠大幅促進汙染物的脫附效率，增加納米零價鐵與汙染物的反應機率，免去了常規的兩步法降解過程，降低了反應成本；所用修複試劑均為易於保存的理化狀態，可以購得後直接使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置的主視結構示意圖；
[0017]圖2是本實用新型的裝置中反應釜的側視結構示意圖。
[0018]圖中:1.還原劑儲罐；2.膨潤土儲罐；3.鐵鹽儲罐；4.投加量控制開關；5.電機；
6.反應釜投料口 ；7.反應釜；8.輔助攪拌棒；9.旋轉軸；10.支架；11.泵；12.水儲罐；13.有機助溶劑儲罐。
【具體實施方式】
[0019]如圖1、圖2所示，本實用新型一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，它是一種通過在線合成粘土負載納米零價鐵，利用有機助溶劑同步高效處理氯代有機汙染土壤的裝置，它包括三個粉末藥劑儲存罐，即還原劑儲罐1、膨潤土儲罐2和鐵鹽儲罐3各一個；帶有控制器能控制粉末藥劑儲罐中的粉末藥劑投加量的投加量控制開關4共三個；兩個溶液儲存罐，即水儲罐12和有機助溶劑儲罐13各一個；帶流量控制功能的泵11共兩個；帶有支架10，通過旋轉軸9旋轉的反應釜7 —個，其中反應釜內焊接有三根輔助攪拌棒8，固體和液體加料通過管路與反應Il投料口 6相連，反應Il由電機5驅動。
[0020]下面結合實施例進一步說明利用上述裝置處理氯代有機汙染土壤的過程及效果:
[0021]實施例1
[0022]1.利用投加量控制開關將500g預處理後的膨潤土與10g硝酸鐵鹽，通過反應釜投料口投加入反應釜；
[0023]2.泵壓2.5kg水通過連接管路進入反應釜中；
[0024]3.密封反應釜投料口，開啟電機旋轉反應釜，混合5小時；
[0025]4.關閉電機，利用投加量控制開關投加300g硼氫化鈉粉末入反應釜；
[0026]5.密封反應釜，旋轉反應5分鐘，製備好負載型納米零價鐵；
[0027]6.關閉電機，打開投料口，泵壓500L乙醇和250L水進入旋轉反應釜；
[0028]7.加入50kg氯代有機汙染土，密封反應釜後，開啟電機，旋轉反應釜；
[0029]8.反應時間為42小時，檢測汙染土壤脫氯率達到46.7%。
[0030]實施例2
[0031]1.利用投加量控制開關將100g預處理後的膨潤土與120g硫酸鐵鹽，通過反應釜投料口投加入反應釜；
[0032]2.泵壓SKg水通過連接管路進入反應釜中；
[0033]3.密封反應釜投料口，開啟電機旋轉反應釜，混合7小時；
[0034]4.關閉電機，利用投加量控制開關投加500g硼氫化鉀粉末入反應釜；
[0035]5.密封反應釜，旋轉反應7.5分鐘，製備好負載型納米零價鐵；
[0036]6.關閉電機，打開投料口，泵壓800L甲醇和800L水進入旋轉反應釜；
[0037]7.加入60kg氯代有機汙染土，密封反應釜後，開啟電機，旋轉反應釜；
[0038]8.反應55小時後，汙染土壤脫氯率達到52.5%。
[0039]實施例3
[0040]1.利用投加量控制開關將1500g預處理後的膨潤土與150g氯化鐵鹽，通過反應釜投料口投加入反應釜；
[0041]2.泵壓15Kg水通過連接管路進入反應釜中；
[0042]3.密封反應釜投料口，開啟電機旋轉反應釜，混合8小時；
[0043]4.關閉電機，利用投加量控制開關投加750g硼氫化鉀粉末入反應釜；
[0044]5.密封反應釜，旋轉反應10分鐘，製備好負載型納米零價鐵；
[0045]6.關閉電機，打開投料口，泵壓500L丙醇和1000L水進入旋轉反應釜；
[0046]7.加入90kg氯代有機汙染土，密封反應釜後，開啟電機，旋轉反應釜；
[0047]8.反應72小時後，汙染土壤脫氯率達到61.8%。
【權利要求】
1.一種適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於， 它包括三大組成部分:(I)藥劑儲存部分、(2)溶液儲存部分和(3)反應部分；其中:(I)藥劑儲存部分包括三個粉末藥劑儲存罐，分別是還原劑儲存罐、膨潤土儲存罐以及鐵鹽儲存罐；(2)溶液儲存部分包括兩個溶液儲存罐，分別為水儲存罐和有機助溶劑儲存罐；(3)反應部分包括可旋轉的反應釜、旋轉軸、電機和支架；反應釜以旋轉軸為中心軸並可繞著中心軸旋轉，旋轉軸水平放置，其兩端通過支架支撐固定；旋轉軸與電機相連；反應釜頂部設有可閉合的投料口； 三個粉末藥劑儲存罐與反應釜連接的管路上分別設有一個帶控制器能控制粉末藥劑儲存罐中的粉末藥劑投加量的投加量控制開關；兩個溶液儲存罐與反應釜連接的管路上分別設有一個帶流量控制功能的泵。
2.如權利要求1所述的適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於，反應釜為橫放的圓柱形，反應釜內設有輔助攪拌棒。
3.如權利要求2所述的適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於，反應釜中內置三根輔助攪拌棒，內置輔助攪拌棒的兩端分別焊接在反應釜的兩個圓形側壁上。
4.如權利要求1、2或3所述的適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於，粉末藥劑儲存罐是密封的，體積為0.1?0.2m3。
5.如權利要求1、2或3所述的適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於，有機助溶劑儲存罐容積為2?3m3。
6.如權利要求1、2或3所述的適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於，反應釜容積為3?5m3，反應釜頂部的投料口開口面積為0.5?0.8m2。
7.如權利要求1、2或3所述的適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於，粉末藥劑儲存罐與其連接管路材質為不透明硬質塑料；有機助溶劑儲存罐與其連接管路材質為不鏽鋼；水儲存罐與其連接管路材質為塑料或不鏽鋼。
8.如權利要求2或3所述的適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於，反應釜和輔助攪拌棒材質為有抗腐蝕塗層的不鏽鋼。
9.如權利要求2或3所述的適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於，輔助攪拌棒直徑為0.03?0.05m。
10.如權利要求1、2或3所述的適用於氯代有機汙染土壤的修復裝置，其特徵在於，電機為功率在1500W以上的電機。
【文檔編號】B09C1/08GK204182674SQ201420664527
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】喻愷, 黃沈發, 楊潔, 朱傑, 王旌, 李忠元, 吉敏 申請人:上海市環境科學研究院