过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置及其模拟试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置及其模拟试验方法。该装置包括液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元、多功能破碎搅拌喷洒单元及其配套密闭搅拌容器单元；多功能破碎搅拌喷洒单元包括带多个锤式桨叶和喷洒孔的空心破碎搅拌轴，液体药剂和蒸汽通入破碎搅拌轴。该方法包括过硫酸盐溶液的配制、热蒸汽的制备、土壤的加入、初步破碎搅拌、过硫酸盐溶液的喷洒、热蒸汽的注入、容器上下脱离、土壤性质分析及样品采集、数据分析过程。本发明专利技术能在较低土壤水分含量下实现过硫酸盐溶液与污染土壤充分混合；通过向土壤中注入蒸汽进行加热实现过硫酸盐的激活，模拟活化过硫酸盐对土壤中有机污染物的修复效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于污染土壤修复
，具体涉及一种。
技术介绍
随着城市化和产业转移进程的加快，我国城市工业企业搬迁或遗留的污染场地数量与日俱增。初步估计，我国各类工业污染场地至少以数十万计。城市污染场地已成为我国许多大中城市土地资源安全再利用的限制因素。场地污染土壤修复的研究和实践已成为我国环境治理领域的重要内容。据估计，在城市污染场地中潜在的挥发性有机物(VOCs)和半挥发性有机物(SVOCs)污染场地占到一半左右。如何合理有效地处置挥发/半挥发性有机物污染土壤已成为亟需解决的技术难题。按土壤修复位置的不同，可以将土壤修复技术分为原位和异位两种，前者不需将土壤挖掘出来而在原地进行污染土壤的修复。上海的土壤类型主要为溃潜型和淋溶-淀积型的水成和半水成土，绝大部分地区土壤的粘粒含量高于16.35%，质地较为粘重，渗透系数一般低于10_5cm/s，因此原位土壤修复技术的应用受到限制。异位高级氧化修复技术是重要的有机污染土壤修复技术，具有修复效率高、时间短、成本低、对污染物类型和浓度不敏感等优点，自20世纪90年代以来，该技术开始应用于有机污染场地的修复。国内外研究人员对高锰酸盐、过氧化氢、芬顿试剂和臭氧等氧化剂开展了广泛而深入的研究，发现这几种传统的氧化剂用于土壤修复时存在稳定性低、受土壤条件影响大等诸多弊端，从而在一定程度上限制了这些氧化剂在污染土壤修复中的应用。高锰酸钾是一种固体氧化剂，其标准氧化还原电位为+1.68V，在这几种氧化剂中其氧化性相对较低。高锰酸钾具有运输方便、适用PH范围广、受碳酸根等离子影响小等优点，但其缺点也较为突出:(1)高锰酸钾是通过提供氧原子对有机物进行氧化，此过程没有形成羟基自由基(.0H)，从而表现出相对较弱的氧化性能；(2)高锰酸钾具有较深的紫红色，添加至土壤后会显著改变土壤的颜色等外观指标，感官感受较差。过氧化氢是一种无色透明液体氧化剂,其标准氧化还原电位为+1.70V，其自身氧化性也相对较低。过氧化氢自身可以对有机物进行氧化反应，同时产生的羟基自由基(+2.70V)具有更强的氧化性。过氧化氢的缺点主要包括:(I)易分解，稳定性低；(2)修复过程中易产生气体和热量，无效损耗大；(3)修复时有效时间较短，通常只有几个小时；(4)要求采取较为严格的防护措施。芬顿试剂是在过氧化氢中加入亚铁离子，催化过氧化氢产生氧化性较强的羟基自由基，这在一定程度上提高了过氧化氢的氧化能力。为了保持亚铁离子较强的催化活性，传统的芬顿反应必须控制PH值在3左右，维持较强的酸性条件。由于具有以上特性，芬顿试剂作为氧化剂主要具有以下缺点:(1)过氧化氢易分解，稳定性低；(2)修复过程中短时间内剧烈反应，易产生气体释放剧烈热量，无效损耗大；(3)修复时有效时间较短，通常只有几个小时；(4)要求采取较为严格的防护措施；(5)由于具有较强酸性，会显著降低土壤pH值并改变土壤理化性质，若土壤中含有重金属污染物，PH的降低可能会显著提高重金属的迁移性，通常需要再次加入碱性物质调整土壤酸碱性。臭氧的标准氧化还原电位为+2.07V，氧化性相对较强，同时臭氧氧化过程中可以产生氧化性更强的羟基自由基。但由于臭氧为气体氧化剂，这给其应用带来了诸多不利影响:(1)水溶性较低，与土壤的接触时间较短；(2)有效时间较短，通常只有几个小时；(3)往往会产生毒性较强的中间产物。过硫酸盐由于具有优越的特性且价格低廉而越来越受到关注。过硫酸盐在水中电离产生过硫酸根离子s202_8，其标准氧化还原电位为+2.01V，接近于臭氧，大于高锰酸根和过氧化氢。在适宜的激活条件下，S2O2-8活化分解为硫酸根自由基(SO42-.)，其氧化还原电位可达到+2.60V，远远高于过硫酸根本身，接近于氧化性极强的羟基自由基，这极大地提高了过硫酸盐降解有机污染物的能力。因此过硫酸盐应用时需要先进行激活。紫外光、热、过渡金属离子、强碱性等条件均可以激活过硫酸根产生硫酸根自由基。紫外光在土壤中的穿透性不强，因此其有效修复深度较浅，效果较低；土壤中自由态Fe2+等过渡金属离子的含量较低，若通过外源向土壤中加入，则必将显著增加修复成本；为了形成较强的土壤碱性环境条件，常需向土壤中加入外源碱性物质，这会显著改变土壤理化性质，通常需要再次加入酸性物质调整土壤酸碱性，修复成本显著增加；土壤加热有通入热空气、热蒸汽、微波加热等方式，均可以实现过硫酸盐的激活。由于水蒸汽的比热较大，对土壤加热的效率较高，且成本较低，因此对技术可行性、操作便易程度、修复成本等因素进行综合比较，热蒸汽输入是过硫酸盐激活提高后续高级氧化修复效率的优选方式。异位高级氧化修复技术实施过程中，质地粘重的污染土壤易持有较多的水分，从而导致土壤常以大块状的形式存在，这会造成土壤较难破碎、过硫酸盐溶液不易与土壤混匀等问题，这往往成为土壤修复工程成功与否的关键因素。过硫酸盐溶液容易被土壤所吸持，不易达到土壤颗粒内部，常用的土壤破碎混合设备对过硫酸盐溶液的混合效率不高，因此必须进行土壤的破碎，破坏土壤的致密结构，减小土壤的粒径，同时必须具有液体药剂喷洒模块，实现过硫酸盐溶液与土壤的均匀混合；向土壤中注入热蒸汽是激活过硫酸盐增强其氧化性的重要途径。但目前而言，具有破碎搅拌、液体药剂喷洒功能、热蒸汽注入功能的实验室配套设备比较缺乏，多数情况下研究人员先将液体药剂配制成足量溶液，其中的水分足以使土壤形成泥浆，采用水处理搅拌机或磁力搅拌器等设备实现液体药剂与土壤的充分混匀，并放置于水浴锅内加热实现过硫酸盐的激活。但在实施土壤修复工程时，往往不能向土壤中添加大量的水分使其形成泥浆，因为泥浆不利于后续的运输和资源化利用过程，同时造成资源的浪费；由于土壤量巨大，也不能采用水浴锅的形式对土壤加热。这就造成了实验室模拟试验与现场修复工程的场景和参数不吻合，在很大程度上限制了试验参数的普适性、准确性。因此，有必要研制一种能在较低土壤水分含量下实现过硫酸盐溶液与污染土壤充分混合、具有热蒸汽注入模块的试验模拟装置，以研究过硫酸盐异位高级氧化修复有机污染土壤的主要影响因素和工艺参数。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，该模拟试验装置及其模拟试验方法能在维持较低土壤水分含量的前提下实现过硫酸盐溶液与土壤的充分混合，同时具有蒸汽加热功能，能够实现过硫酸盐的激活，以研究过硫酸盐异位高级氧化修复有机污染土壤的主要影响因素，获得更精确的修复技术工艺参数。本专利技术的技术方案是:一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，它包括液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元、多功能破碎搅拌喷洒单元及其配套密闭搅拌容器单元，其中液体药剂输送单元包括溶液存储池、防腐蠕动泵、液体流量计和液体输送管道；防腐蠕动泵入口与溶液存储池连接，出口通过液体输送管道与多功能破碎搅拌喷洒单元连接；防腐蠕动泵出口设有液体流量计。溶液存储池用于储存配制好的过硫酸盐溶液。防腐蠕动泵产生动力，并借助液体输送管道将过硫酸盐溶液输送至液体流量计并最终进入多功能破碎搅拌喷洒单元。液体流量计用于记录过硫酸盐溶液的流量，并计算过硫酸盐溶液的添加量。所述防腐蠕动泵和液体流量计可以合并在一起。蒸汽发生输送单元包括蒸汽发生器、蒸汽流量计和蒸汽输送管道；蒸汽发生器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，它包括液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元、多功能破碎搅拌喷洒单元及其配套密闭搅拌容器单元，其中液体药剂输送单元包括溶液存储池、防腐蠕动泵、液体流量计和液体输送管道；防腐蠕动泵入口与溶液存储池连接，出口通过液体输送管道与多功能破碎搅拌喷洒单元连接；防腐蠕动泵出口设有液体流量计；蒸汽发生输送单元包括蒸汽发生器、蒸汽流量计和蒸汽输送管道；蒸汽发生器出口设有蒸汽流量计，并通过蒸汽输送管道与多功能破碎搅拌喷洒单元连接；多功能破碎搅拌喷洒单元包括调速电机、电机转速控制器、联轴器、电机轴、传动机构、轴承、支架、破碎搅拌轴、三通管及配套阀门；电机转速控制器和调速电机相连接；调速电机通过联轴器与电机轴连接；电机轴通过传动机构与破碎搅拌轴连接；所述传动机构为传动齿轮或传动链条；破碎搅拌轴通过轴承固定在支架上；多个锤式桨叶沿轴向依次排列并交错分布在破碎搅拌轴上的中间部位；锤式桨叶呈T形，其尾端固定在破碎搅拌轴上，其外端向与破碎搅拌轴垂直或倾斜成一定角度的方向延伸出去；破碎搅拌轴上位于锤式桨叶的两侧各套有一个密封圈，与配套密闭搅拌容器单元密封连接；破碎搅拌轴为一空心管，其上的中间部位设有多个喷洒孔；破碎搅拌轴一端封闭，另一端与带有配套阀门的三通管连接；三通管固定在支架上，该三通管另两端分别与液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元连接；破碎搅拌轴和三通管之间设有密封圈；配套密闭搅拌容器单元包括分体容器和可升降底座；分体容器由活动连接的上下两个组件组成；在分体容器的左右两侧壁上设有以上下两组件之间的连接线为中心线、与破碎搅拌轴及其上的密封圈适配的开口；破碎搅拌轴的中间部位及其上的锤式桨叶位于分体容器内部，破碎搅拌轴两端从分体容器两侧壁上的开口穿出，并通过套在破碎搅拌轴上的密封圈与分体容器密封连接；分体容器下组件下端与可升降底座之间固定或活动连接。...

【技术特征摘要】
1.一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，它包括液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元、多功能破碎搅拌喷洒单元及其配套密闭搅拌容器单元，其中 液体药剂输送单元包括溶液存储池、防腐蠕动泵、液体流量计和液体输送管道；防腐蠕动泵入口与溶液存储池连接，出口通过液体输送管道与多功能破碎搅拌喷洒单元连接；防腐蠕动泵出口设有液体流量计； 蒸汽发生输送单元包括蒸汽发生器、蒸汽流量计和蒸汽输送管道；蒸汽发生器出口设有蒸汽流量计，并通过蒸汽输送管道与多功能破碎搅拌喷洒单元连接； 多功能破碎搅拌喷洒单元包括调速电机、电机转速控制器、联轴器、电机轴、传动机构、轴承、支架、破碎搅拌轴、三通管及配套阀门；电机转速控制器和调速电机相连接；调速电机通过联轴器与电机轴连接；电机轴通过传动机构与破碎搅拌轴连接；所述传动机构为传动齿轮或传动链条；破碎搅拌轴通过轴承固定在支架上；多个锤式桨叶沿轴向依次排列并交错分布在破碎搅拌轴上的中间部位；锤式桨叶呈T形，其尾端固定在破碎搅拌轴上，其外端向与破碎搅拌轴垂直或倾斜成一定角度的方向延伸出去；破碎搅拌轴上位于锤式桨叶的两侧各套有一个密封圈，与配套密闭搅拌容器单元密封连接；破碎搅拌轴为一空心管，其上的中间部位设有多个喷洒孔；破碎搅拌轴一端封闭，另一端与带有配套阀门的三通管连接；三通管固定在支架上 ，该三通管另两端分别与液体药剂输送单元、蒸汽发生输送单元连接；破碎搅拌轴和三通管之间设有密封圈； 配套密闭搅拌容器单元包括分体容器和可升降底座；分体容器由活动连接的上下两个组件组成；在分体容器的左右两侧壁上设有以上下两组件之间的连接线为中心线、与破碎搅拌轴及其上的密封圈适配的开口 ；破碎搅拌轴的中间部位及其上的锤式桨叶位于分体容器内部，破碎搅拌轴两端从分体容器两侧壁上的开口穿出，并通过套在破碎搅拌轴上的密封圈与分体容器密封连接；分体容器下组件下端与可升降底座之间固定或活动连接。2.如权利要求1所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，分体容器下部为横放的圆柱形；分体容器下组件的形状为半圆柱体。3.如权利要求1或2所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，所述分体容器上下两个组件之间通过法兰和螺栓连接。4.如权利要求3所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，所述分体容器上下两个组件之间铺垫有硅胶垫圈。5.如权利要求4所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置，其特征在于，所述分体容器下组件下端通过支撑柱与下面的水平底板连接，底板下面与可升降底座连接。6.如权利要求5所述的过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长波，杨洁，罗启仕，李青青，李忠元，王旌，高洁，喻恺，朱悦，郭琳，
申请(专利权)人：上海市环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：