一种场地土壤及地下水有机污染活性氧快速高效原位循环修复系统研制及应用技术方案

一种场地土壤及地下水有机污染活性氧快速高效原位循环修复系统研制及应用，该系统属于生态环境保护和生态农业领域。该系统由以下几部分构成：光伏发电系统、多功能组合蓄电池、逆变器、变压器、空气过滤器、干燥器、空压机、冷却器、制氧机、高压放电活性氧机、控制阀、活性氧反应池、水气混合泵、控制阀、水井、抽水管、和各种电线和连接管道等。该系统通过若干水井抽取土壤及地下水进入活性氧反应池，与高能活性氧混合并溶解于反应池水中，能快速氧化分解土壤及地下水中的有机污染物，变成二氧化碳和水，没有二次污染；可以同时对100‑10000个土壤地下水井中的地下水进行修复处理。

【技术实现步骤摘要】
一种场地土壤及地下水有机污染活性氧快速高效原位循环修复系统研制及应用
本专利技术属于植物保护、无公害农业及生态农业
，尤其涉及一种场地土壤及地下水有机污染活性氧快速高效原位循环修复系统研制及应用。
技术介绍
农田土壤是人类生产生活的公共基本资源，为人类提供足够数量、安全、营养的粮食。在上亿年的生物进化过程中，作物与有害生物同步进化，构成农田生态系统的动态平衡。但是由于地球人口的增加，人类对粮食和食品的需求大幅增加，培育了很多高产作物新品种，同时复种指数的提高，导致作物病虫草害迅速增加，从而增加人们对于病虫草害防控的技术要求。二次世界大战结束后，随着有机化学工业的长足进步，各种化学农药的人工合成，大规模工业化生产，曾经给人类带来防治作物病虫害、提高粮食产量的希望。然而短短几十年，化学农药造成不可挽回的生态灾难，害虫、病菌产生强烈抗性，土壤农药大量残留，污染土壤生态系统，污染地下水和地表水，污染大气，农作物籽粒农药残留量超标，严重危害人体健康，频发致畸、致癌、致突变的三致事件，已经成为当今世界越来越多关注的事件。同时为了防止动物饲养过程中爆发疾病，饲料中都添加了抗生素，这些抗生素大多近排泄粪便作为肥料进入农田土壤里，造成土壤抗生素污染。而由于早期很多的农药属于持久性有毒物质，难以短期降解，特别是有机磷、有机氯农药已经引起多重环境问题，诸如健康危害，对人体和动物发育影响和神经干扰的各种急性和慢性影响，这是由于大多数人工合成农药是脂溶性的且生物稳定性大，经过生物积累和生物放大效应后，严重影响植物、微生物和动物的生物多样性，同时通过食物链的传递的传递进入人体，从而危害人体健康。农药为我国农业生产做出巨大贡献，但是也同时给我国农田土壤和水环境造成严重的环境污染，严重影响我国农业可持续发展。有机氯农药如六六六、滴滴涕、狄氏剂、艾氏剂、五氯酚(程丽红等，2018)、七氯、六氯苯、氯丹(杨慧，2008)、毒杀酚、苯并呋喃、九氯、硫丹等，有机磷农药如乐果、氧化乐果、对硫磷、甲基对硫磷、甲拌磷等，性质稳定，在环境中不易分解，脂溶性强，容易在生物体内积累和传递，影响生物体内乙酰胆碱酯酶活性，从而抑制生物体神经信号的传导，造成生物体分泌系统紊乱，生殖和免疫系统破坏，诱发癌症和神经性疾病，是农药工业早期发展阶段的两大类主要农药，有600多种产品，有机磷农药曾经占全部农药的80％以上，如不尽快治理，将会对我国食品安全和生态环境安全造成巨大危害。1.农田土壤农药和抗生素污染常用修复方法污染土壤的修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。污染土壤修复通常可采用原位修复、现场修复和异位修复三种操作方式。根据工艺原理不同，目前污染土壤的修复技术主要有物理修复、化学修复、物理化学修复、生物修复以及多种修复方法联用的复合修复技术。1.2.1化学修复化学修复是在污染土壤或地下水中注入表面活性剂、腐殖酸、环糊精或有机溶剂等增溶试剂，提高吸附态、固态或液态有机污染物在水相中的溶解度或增加非水相液体的流动性，通过水流作用将污染物迁移出地下系统而达到清除污染物的目的；或形成有机粘土提高污染物的滞留性和稳定性，降低其迁移进入其他环境介质的能力。常用的化学修复技术有溶剂/蒸汽浸提法、原位土壤淋洗法、溶剂浸提技术、化学氧化法、化学降解法和化学还原与还原脱氯脱磷技术、土壤性能改良修复技术等化学修复具有修复成本较低，有机污染物去除率高，修复周期短等优点，对有机污染程度高的场地修复效果显著。高级氧化是利用紫外线-过氧化氢、紫外线-臭氧技术产生活性很高的自由基或过氧自由基迅速氧化土壤中的有机物，并分解成水分子和二氧化碳分子，从而消除有机农药的环境危害，而且没有二次污染。光催化TiO2和WO3等，发生电子转移，氧化土壤中的有机污染物。采用芬顿试剂能够迅速而有效的氧化土壤中的有机农药。六价铁氧化技术比常用氧化剂氧化PCB效果更好，把六价铁与过硫酸结合起来处理污染土壤可以去除40％的PCB，碳酸酯含量高的污染土壤影响六价铁的氧化效果，土壤质地也显著影响六价铁的氧化效果。采用超声波加热、添加氧化剂和包衣石墨电极可以有效去除土壤中的有机氯农药。采用过硫酸盐法近些年来用于土壤有机污染修复的越来越多，要采用不同方法激活过硫酸盐，包括热激活、金属离子激活、紫外激活和碱激活直接影响修复效果。臭氧由于具有很强的氧化性，能氧化分解有机物质，被广泛用于半导体工业、水处理和空气污染物清除。臭氧催化氧化有机物具有高效低能耗特点。利用氧化铝和氧化硅催化臭氧氧化大幅提高有机物氧化效率，臭氧分解成氧气和单线态氧原子活性氧，多用于空气有机污染和污水有机污染防治。1.2.2物理修复物理修复主要是通过减少土壤表层的污染物浓度，或增强土壤中的污染物的稳定性使其水溶性、扩散性和生物有效性降低，从而减轻污染物危害。物理修复主要采用翻土、换土和客土法，或用汽提、热解吸和焚烧等方法去除或固污染物。翻土就是深翻土壤，使聚集在土壤表面的污染物能分散到土壤的深层，达到稀释和自处理的目的。换土就是将污染土壤取走，换上新鲜干净的土壤。该方法适用于小面积严重污染土壤的治理，但是对换出的土壤必须进行处理。在操作过程中，操作人员将接触到污染土壤，人工费用较高，故一般仅适用于事故后的简单处理。客土法是向污染土壤内加入大量干净土壤，覆盖在表层或混匀，使污染物浓度降低或减少污染物同植物根系的接触。新加入的土壤应尽量选择有机质含量较高的土壤，以增加土壤的环境容量，增加土壤的自净能力减少客土量。热脱附是将土壤进行直接或间接的热交换，加热土壤到达一定温度后，有机污染物蒸发从而与土壤介质相分离。近年来也出现了使用微波加热技术，是热修复基础上出现的较新的形式，其优点是可修复土壤中的不同污染物而且可用于不同类型的土壤，对污染物的去除率也相对较高。物理修复效果较好，但翻土和客土法并没有将污染物从土壤中去除且修复费用高昂，不适用面积较大污染场地的修复(陈伟伟，2009)。添加适量的铜，能催化和促进污染土壤中拟除虫菊酯的降解(刘军，2009；张宁，2017)。目前最常使用的，效果最好的热脱附技术或者热解吸技术，热脱附温度和停留时间变化影响有机磷污染土壤热脱附效果，敌敌畏的热脱附较佳温度为200℃，氧化乐果热脱附较佳温度为250℃，对硫磷热脱附较佳温度为400℃。在热脱附30min内，土壤中有机磷污染物的去除率增加显著，30min时去除率都在90％以上，在热脱附停留时间为40min时去除效率达到95％以上。热脱附在低温运行阶段污染物去除率敌敌畏＞氧化乐果＞对硫磷。同时土壤粒径大小影响有机磷农药的去除效果，在供试土样粒径范围内，土壤粒径越大，越有利于土壤中有机磷去除。对有机磷土壤中敌敌畏、氧化乐果和对硫磷最大去除率分别达到94.3％、97.8％和99.5％。电加热回转窑热解吸技术可有效修复含DDTs和HCHs的污染土壤，其中热解吸温度和时间是影响修复效果的关键因素，当热解吸温度分别达到340℃、370℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种场地土壤及地下水有机污染活性氧快速高效原位循环修复系统研制及应用，其特征在于步骤为：/na该套系统由三个功能单元组成：活性氧形成单元、地下水抽取单元、活性氧反应单元。活性氧形成单元是由多个长100-200cm，宽50-100cm，高80-180cm的方形金属箱体构成。在方型容器箱体一侧有串联的光伏发电系统、逆变器、市电配电柜、充电器、蓄电池、交直流转换器、变频器、变压器、定时器等；中间排列空气过滤器、吸附干燥器、空气压缩机、冷却器、分子筛制氧机、高压放电活性氧机(臭氧)、水气混合泵、控制阀门等；地下水抽取单元包括若干个水井、双向水泵，各个水井都插入水管，互相串联在一起，通过双向水泵抽取地下水送到活性氧反应池，通过水气混合泵的进水管不断抽取活性氧反应池中的水与活性氧混合进行反应，同时通过水气混合泵的出水管将含有活性氧的水回流到活性氧反应池中，不断的与活性氧反应池中的地下水混合反应，循环往复多次，当地下水中有机物与活性氧反应完毕，可以把活性氧反应池中的净水通过双向泵送回地下水中；活性氧反应单元包括水气混合泵、活性氧反应池、搅拌器、进出水管等；水气混合泵的进水管和出水管都跟活性氧反应池相连，各器件之间采用管道连接，整个系统通过市电系统供电，当停电时，可以通过光伏发电系统供电，平时可用光伏发电系统可对蓄电池充电，交直流转换器将直流电转换为交流电，定时器可以定时，水气混合泵将活性氧气体(臭氧)和水进行混合形成活性氧水，与水中有机物反应，生成二氧化碳和水；土壤地下水通过双向泵抽提，送入活性氧反应池，水气混合泵进水管将反应池中的地下水送入水气混合泵与活性氧混合，形成各种活性氧自由基，然后通过水气混合泵出水管返回到活性氧反应池，与反应池中的地下水持续混合反应，将反应池水中有机物质氧化分解，地下水中的有机污染物被氧化分解成二氧化碳和水后，净化的水通过双向泵和管道送回土壤地下水中，达到修复土壤地下水有机污染的目的。/nb.将上述a中各单元器件组装后，开挖好若干个地下水井，并通入管道，密封井口，对a中组成的系统供电，高压放电活性氧机就会持续产生和放出活性氧，通过控制阀门控制活性氧进入水气混合泵水中的数量，活性氧溶于吸入的地下水并与地下水中少量有机物质发生自由基反应，产生大量活性氧自由基，通过水气混合泵出水口送入活性氧反应池，大量自由基及活性氧迅速与反应池中地下水有机污染物有机农药抗生素等发送化学反应，有机物质被迅速氧化分解成二氧化碳和水，没有残留，没有二次污染。/nc.在上述b处理过程中，如果市电停电或者没有市电的地方，可以用光伏发电系统供电，在有市电时，可以利用光伏系统发电并进行充电贮存备用。可以通过调节控制面板上的定时器设定反应时间，自动控制地下水进水和水气混合泵出水，当抽出的地下水中有机物质在反应池中全部被氧化分解后，再用双向水泵将去除了有机污染物的干净水送回土壤地下水水井中。/nd.根据实际需要，为了提高系统处理效率，可以将多个活性氧形成单元并联，产生更多的活性氧，将多个反应池串联，每个反应池可以做成圆形或方形不锈钢池，容积在10-100立方米，也可以将多个活性单元并联使用，同时开动反应池中的搅拌器，加强活性氧与反应池水中有机农药的充分接触、反应、分解，强化活性氧对地下水中有机物的氧化分解效果和效率。/n...

【技术特征摘要】
1.一种场地土壤及地下水有机污染活性氧快速高效原位循环修复系统研制及应用，其特征在于步骤为：
a该套系统由三个功能单元组成：活性氧形成单元、地下水抽取单元、活性氧反应单元。活性氧形成单元是由多个长100-200cm，宽50-100cm，高80-180cm的方形金属箱体构成。在方型容器箱体一侧有串联的光伏发电系统、逆变器、市电配电柜、充电器、蓄电池、交直流转换器、变频器、变压器、定时器等；中间排列空气过滤器、吸附干燥器、空气压缩机、冷却器、分子筛制氧机、高压放电活性氧机(臭氧)、水气混合泵、控制阀门等；地下水抽取单元包括若干个水井、双向水泵，各个水井都插入水管，互相串联在一起，通过双向水泵抽取地下水送到活性氧反应池，通过水气混合泵的进水管不断抽取活性氧反应池中的水与活性氧混合进行反应，同时通过水气混合泵的出水管将含有活性氧的水回流到活性氧反应池中，不断的与活性氧反应池中的地下水混合反应，循环往复多次，当地下水中有机物与活性氧反应完毕，可以把活性氧反应池中的净水通过双向泵送回地下水中；活性氧反应单元包括水气混合泵、活性氧反应池、搅拌器、进出水管等；水气混合泵的进水管和出水管都跟活性氧反应池相连，各器件之间采用管道连接，整个系统通过市电系统供电，当停电时，可以通过光伏发电系统供电，平时可用光伏发电系统可对蓄电池充电，交直流转换器将直流电转换为交流电，定时器可以定时，水气混合泵将活性氧气体(臭氧)和水进行混合形成活性氧水，与水中有机物反应，生成二氧化碳和水；土壤地下水通过双向泵抽提，送入活性氧反应池，水气混合泵进水管将反应池中的地下水送入水气混合泵与活性氧混合，形成各种活性氧自由基，然后通过水气混合泵出水管返回到活性氧反应池，与反应池中的地下水持续混合反应，将反应池水中有机物质氧化分解，地下水中的有机污染物被氧化分解成二氧化碳和水后，净化的水通过双向泵和管道送回土壤地下水中，达到修复土壤地下水有机污染的目的。
b.将上述a中各单元器件组装后，开挖好若干个地下水井，并通入管道，密封井口，对a中组成的系统供电，高压放电活性氧机就会持续产生和放出活性氧，通过控制阀门控制活性氧进入水气混合泵水中的数量，活性氧溶于吸入的地下水并与地下水中少量有机物质发生自由基反应，产生大量活性氧自由基，通过水气混合泵出水口送入活性氧反应池，大量自由基及活性氧迅速与反应池中地下水有机污染物有机农药抗生素等发送化学反应，有机物质被迅速氧化分解成二氧化碳和水，没有残留，没有二次污染。
c.在上述b处理过程中，如果市电停电或者没有市电的地方，可以用光伏发电系统供电，在有市电时，可以利用光伏系统发电并进行充电贮存备用。可以通过调节控制面板上的定时器设定反应时间，自动控制地下水进水和水气混合泵出水，当抽出的地下水中有机物质在反应池中全部被氧化分解后，再用双向水泵将去除了有机污染物的干净水送回土壤地下水水井中。
d.根据实际需要，为了提高系统处理效率，可以将多个活性氧形成单元并联，产生更多的活性氧，将多个反应池串联，每个反应池可以做成圆形或方形不锈钢池，容积在10-100立方米，也可以将多个活性单元并联使用，同时开动反应池中的搅拌器，加强活性氧与反应池水中有机农药的充分接触、反应、分解，强化活性氧对地下水中有机物的氧化分解效果和效率。


2.根据权利要求1所述一种场地土壤及地下水有机污染活性氧快速高效原位循环修复系统研制及应用，其特征在于所述方法是该套系统由三个功能单元组成：活性氧形成单元、地下水抽取单元、活性氧反应单元，在具体的应用中可以由多个(5-100个)功能单元进行组合。活性氧形成单元是由多个(50-10000个)长100-200cm，宽50-100cm，高80-180cm的方形金属箱体构成，在具体应用中，可以用多个(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴洪生，
申请(专利权)人：南京怡可帮生态环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32