有毒有机化学品污染土壤应急快速处理装置及处理方法.pdf

本发明提供的是有毒有机化学品污染土壤应急快速装置及处理方法。将定量污染土壤通过进料斗加入到反应罐中，投料量占反应罐筒体体积的1/2，并按照土水比为m∶V＝1∶1的比例加入水将土壤与水在反应罐的转动搅拌下混匀，调节反应罐内的土壤pH为中性；处理过程进入投加期，将氧化剂加入到反应罐中，在反应罐的转动搅拌作用下使氧化剂与污染土壤充分混匀；之后进入反应期，在这个过程中，土壤中的污染物质在反应罐的转动搅拌下与氧化剂充分反应，必要时启动加热机构；最后进入排泥期，关闭反应罐的转动调节旋钮，处理之后的土壤通过取样口排出。该装置及方法可以用于有毒有机化学品泄漏、扩散污染事故、溢油事故等造成的污染土壤的现场快速应急处理。

1、  一种有毒有机化学品污染土壤应急快速处理装置，其特征是：由投加及外排机构、反应机构、加热机构、驱动机构和底座组成；投加及外排机构包括进料斗(1)、取样口(8)；反应机构包括反应罐体(2)、安装在反应罐体中的挡板(4)，反应罐体底部有供反应罐旋转使用的滑轮；加热机构为设置在反应罐体外的保温套加热(3)；驱动机构包括转速驱动器(6)、转速调节旋钮(5)；底座包括支撑架(10)和反应罐撬起按钮(7)。

2、  一种应用权利要求1所述的有毒有机化学品污染土壤应急快速装置的处理方法包括投加期、反应期和排泥期三个阶段；其特征是：在反应前期，将定量污染土壤通过进料斗加入到反应罐中，投料量占反应罐筒体体积的1/2，并按照土水比为m:V＝1:1的比例加入水将土壤与水在反应罐的转动搅拌下混匀，使土壤处于流动状态，调节反应罐内的土壤pH为中性条件；处理过程进入投加期，将氧化剂加入到反应罐中，在反应罐的转动搅拌作用下使氧化剂与污染土壤充分混匀；之后进入反应期，在这个过程中，土壤中的污染物质在反应罐的转动搅拌下与氧化剂充分反应，必要时启动加热机构；最后进入排泥期，关闭反应罐的转动调节旋钮，处理之后的土壤通过取样口排出。

3、  根据权利要求2所述的应用权利要求1所述的有毒有机化学品污染土壤应急快速装置的处理方法，其特征是：所述的污染土壤是污染浓度为15g/kg的五氯酚污染土壤，所述的氧化剂是投加浓度为50g/L的K₂S₂0₈。

4、  根据权利要求3所述的应用权利要求1所述的有毒有机化学品污染土壤应急快速装置的处理方法，其特征是：反应温度为60℃。

有毒有机化学品污染土壤应急快速处理装置及处理方法
(一)技术领域
本发明涉及的是一种污染物的处理方法，特别是一种快速处理污染土壤的方法。本发明也涉及一种快速处理污染土壤的设备。
(二)背景技术
随着化学物质在工业上用量的与日俱增，工业也越来越繁荣发展，但这同时也带来了巨大风险，突发性污染事故时有发生，这类事故形式多样、发生突然、难于处置、危害严重，是构成社会的不安定因素之一。突发性环境污染事故对社会的危害已成为当今世界极为关注的问题之一。环境污染事故具有时间上的突发性、形式不确定性、危害的严重性和处理处置的艰巨性，如果处理不及时，不仅会给环境造成危害，也会给国家和人民群众的财产带来巨大损失，直接影响到人们的生命安全、生活的正常秩序和社会稳定。环境污染事故除导致直接的人员伤亡和财产损失外，有时还会严重破坏生态平衡，使环境质量恶化，产生近期或远期有效应，其经济损失往往是无法定量估算的。
随着近年来我国经济快速发展，生产和消费有毒有机化学品种类和数量在日益增长，这些有毒有机化学品在生产、销售、运输、储存、使用等环节的恶性事故时有发生，在工业区，特别是化工厂和危险化学品比较集中的地方，有毒有机化学品的泄漏事故是发生频率较高的一种突发性污染事故。如深圳市化学品仓库爆炸事故、重庆开县井喷事故，发生在河北省保定市境内的两起危及水环境安全的事故具有典型性和代表性。
事故发生后如何建立有效的应急处理措施，防止和应对突发环境污染事故，实施有效的补救，使污染事故得到有效控制，控制大规模的环境污染，维护环境安全，已成为环境保护工作的重大新课题。
专利申请号为02147841.4的发明专利文件中公开的“一种污染土壤的处理方法及设备”中所涉及的处理污染的方法及设备，处理土壤污染浓度低，利用臭氧处理污染土壤成本较高。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种处理方法时间短，处理效率高，操作成本低的有毒有机化学品污染土壤应急快速处理方法。本发明的目的还在于提供一种有毒有机化学品污染土壤应急快速处理方法的处理设备。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的有毒有机化学品污染土壤应急快速处理装置由投加及外排机构、反应机构、加热机构、驱动机构和底座组成；投加及外排机构包括进料斗1、取样口8；反应机构包括反应罐体2、安装在反应罐体中的挡板4，反应罐体底部有供反应罐旋转使用的滑轮9；加热机构为设置在反应罐体外的保温套加热3；驱动机构包括转速驱动器6、转速调节旋钮5；底座包括支撑架10和反应罐撬起按钮7。
本发明的有毒有机化学品污染土壤应急快速处理方法包括投加期、反应期和排泥期三个阶段；在反应前期，将定量污染土壤通过进料斗加入到反应罐中，投料量占反应罐筒体体积的1/2，并按照土水比为m:V＝1:1的比例加入水将土壤与水在反应罐的转动搅拌下混匀，使土壤处于流动状态，调节反应罐内的土壤pH为中性条件；处理过程进入投加期，将氧化剂加入到反应罐中，在反应罐的转动搅拌作用下使氧化剂与污染土壤充分混匀；之后进入反应期，在这个过程中，土壤中的污染物质在反应罐的转动搅拌下与氧化剂充分反应，必要时启动加热机构；最后进入排泥期，关闭反应罐的转动调节旋钮，处理之后的土壤通过取样口排出。
本发明可以将有机污染物分解为二氧化碳、水等，处理后土壤毒性大大降低。该处理方法时间短，处理效率高，操作成本低。以有毒有机化学品污染土壤为处理对象，在一定的时间内，有毒有机化学物质能够达到较高的去除率，从而及时快速降解有毒有机污染物、消除毒害性，并对维护环境安全起到了一定的积极作用。
该方法可以用于有毒有机化学品泄漏、扩散污染事故、溢油事故等造成的污染土壤的现场快速应急处理。
(四)附图说明
图1是本发明的处理装置的结构示意图；
图2是处理罐的的主视图；
图3是处理罐的左视图；
图4是本发明的处理方法处理效果随温度变化曲线；
图5是本发明的处理方法处理效果随处理时间的变化曲线；
图6是本发明的处理方法处理效果随体系pH变化曲线；
图7是本发明的处理方法处理效果随反应罐转速的变化曲线；
图8是本发明的处理方法处理的五氯酚污染量与所需K₂S₂O₈投加量的关系；
图9是本发明的处理方法处理污染土壤的工艺流程图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-图3，实施该处理方法的装置是一种土壤处理罐，以五氯酚污染土壤为目标污染土壤，由投加及外排装置、反应装置、加热装置、驱动装置和底座装置组成；投加及外排装置包括进料斗1、取样口8；反应装置包括反应罐体2、挡板4，筒体底部有滑轮供反应罐旋转使用；加热装置包括保温套3，在必要时为处理有毒有机污染物提供一定的温度，以达到较高的处理效果；驱动装置包括转速驱动器6、转速调节旋钮5，底座装置包括支撑架10，反应罐撬起按钮7可使反应罐倾倒出罐内土壤。
处理过程可分为投加期、反应期和排泥期三个阶段。在处理之前，通过进料斗向反应罐中投加1kg污染浓度为15g/kg的模拟五氯酚污染土壤，并按照土水比1:1(m:V)的加入原则加入1L水，打开反应罐旋转旋钮，使反应罐在30r/min的转速下匀速旋转，直至土水混匀。此时，将体系调节至中性条件，打开电热套调节温度，使反应罐内体系温度在60℃左右。在投加期，投加浓度为50g/L的K₂S₂O₈溶液，使五氯酚与K₂S₂O₈溶液完全反应而达到去除五氯酚的目的。反应期之后，在排泥期，将处理之后的土壤溶液倾倒至离心机内使之泥水分离，泥安全排放。
该方法可以用于有毒有机化学品泄漏、扩散污染事故、溢油事故等造成的污染土壤的现场快速应急处理。
试验结果如下：
试验模拟五氯酚污染浓度为15g/kg，向反应罐内投加1kg上述污染土壤，反应罐转速调至30r/min，在中性处理环境下，加热处理60min，有机污染物的去除率可高达83.21％，加大氧化剂的用量或延长处理时间，会提高有毒有机污染物的去除率。
1、反应体系在不同温度下处理污染土壤，加热处理60min后，结果表明土壤处理温度为60℃时该方法的处理效果最好，如图4所示。
2、反应体系处理不同的时间后，得到不同处理时间的五氯酚处理效果。得到了处理时间与五氯酚降解率之间的关系，研究表明，处理时间为60min时为最佳处理时间，如图5所示。
3、将反应体系置于不同的pH下，讨论反应处理体系的pH对污染土壤处理效果的影响，由于在不同的pH下，K₂S₂O₈产生自的由基不同导致五氯酚降解率的不同，试验结果表明中性条件的处理体系为最佳处理环境，如图6所示。
4、反应罐绕轴线旋转，可使土壤与氧化剂充分混匀，从而提高五氯酚的降解率。如图7所示，五氯酚的降解率随着转速的提高而升高。
5、模拟不同污染浓度的土壤，加入一定量K₂S₂O₈进行处理，讨论不同污染浓度的土壤所需的K₂S₂O₈的量。由试验结果得到不同五氯酚污染浓度的土壤与K₂S₂O₈投加量的关系，y＝10.114x+46，相关系数R²为0.9979，x为五氯酚的污染量(g)，y为所需的K₂S₂O₈的量(g)，如图8所示。根据五氯酚污染量与所需K₂S₂O₈的量之间的关系可以得到K₂S₂O₈的处理效率为48.8mmol K₂S₂O₈/g PCP，即20.5g PCP/molK₂S₂O₈。
6、在最佳反应条件的基础上，本发明设计了处理上壤点源污染事故的工艺流程，如图9所示，包括K₂S₂O₈氧化剂的加入，泥水分离，并且设置了回流罐回流反应上清液，以达到反应液循环使用的目的。本工艺流程处理污染土壤效率高，而且不会产生二次污染。图9中：11-试剂槽、12-泵、13-反应罐、14-液固分离澄清器、15-抽泥泵、16-贮水槽、17-泵。
该处理方法的有益效果是：
(1)该处理方法适合有毒有机化学品污染土壤的应急快速处理，此类污染土壤如果不及时处理会造成生命威胁与健康影响、经济损失、生态环境的严重破坏等，故此发明对维护环境和保障生命有积极作用。
(2)该处理方法对污染土壤的处理效果明显。试验中按1kg污染浓度为15g/kg的土壤处理，在中性环境下，转速调至30r/min时，处理60min，五氯酚去除率高达83.21％，该处理方法的处理能力为20.5gPCP/mol K₂S₂O₈。
(3)该处理方法处理有毒有机化学品污染土壤处理条件温和，适合一般土壤的污染。